LT5937B - Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses - Google Patents

Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses Download PDF

Info

Publication number
LT5937B
LT5937B LT2011078A LT2011078A LT5937B LT 5937 B LT5937 B LT 5937B LT 2011078 A LT2011078 A LT 2011078A LT 2011078 A LT2011078 A LT 2011078A LT 5937 B LT5937 B LT 5937B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
semiconductor
composite element
semiconductor substrate
grooves
element according
Prior art date
Application number
LT2011078A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2011078A (en
Inventor
Valdemaras Juzumas
ONIS Julius JANUÅ
ULINSKAS Karolis Å
Original Assignee
Uab "Precizika - Met Sc"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uab "Precizika - Met Sc" filed Critical Uab "Precizika - Met Sc"
Priority to LT2011078A priority Critical patent/LT5937B/en
Publication of LT2011078A publication Critical patent/LT2011078A/en
Publication of LT5937B publication Critical patent/LT5937B/en

Links

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

The invention aims - to prepare the semiconductor substrate able to cover under the appropriate passivation layer and to form contacts and to form in said passivation layer at determinate locations grooves with determinate depth and width in order to isolate the individual semiconductor regions, particularly in the edge of the device. Thus, the prepared composite element can be used for a variety of semiconductor device fabrication, particularly in solar cell production. It is extremely important for solar cell production with concentrate light and a small area / perimeter ratio. This method of forming ridges in the composite element characterized that includes semiconductor and possibly coated dielectric layers laser ablation with ultrashort (fs) ultraviolet (UV) pulses scanning laser fiber by semiconductor bolster surface or moving the same pattern in respect of laser fiber. This method allows form mentioned grooves on the surface of the semiconductor substrate without semiconductor heat, ensuring a minimum redeposition of material. This method is contactless and can therefore be applied to form contacts on very thin and brittle semiconductor or alloy semiconductor layers, without prejudice to the semiconductor surface neither mechanically nor thermally.

Description

TECHNIKOS SRITISTECHNICAL FIELD

Šis išradimas yra susijęs su puslaidininkiniais prietaisais, ypač su saulės elementų gamyba. Taip pat šis išradimas susijęs su lazerine abliacija ultratrumpais impulsais ir šios technologijos taikymu ruošiant charakteringus sudėtinius elementus, naudojamus saulės elementų konstravimo bei gamybos procesuose, taip pat kitose srityse, kuriose gali būti panaudojamas legiruotų puslaidininkinių sluoksnių atskyrimas su tikslu elektriškai juos izoliuoti vieną nuo kito. Šis išradimas ypač susijęs su griovelių puslaidininkyje, kuris gali būti dengtas dielektriniais sluoksniais, formavimo metodika (būdu).The present invention relates to semiconductor devices, in particular to the manufacture of solar cells. The present invention also relates to laser ablation with ultrashort pulses and to the use of this technology in the preparation of characteristic composite elements used in the construction and fabrication of solar cells, as well as in other areas where separation of doped semiconductor layers can be utilized. The present invention relates in particular to a method of forming grooves in a semiconductor which may be coated with dielectric layers.

TECHNIKOS LYGISTECHNICAL LEVEL

Didinant saulės elementų efektyvumą, turi būti pašalinti jo efektyvumą ribojantys faktoriai. Vienas iš saulės elemento efektyvumą ribojančių faktorių yra susijęs su saulės elemento krašto izoliavimu.When increasing the efficiency of solar cells, the factors limiting its efficiency must be removed. One of the factors limiting the efficiency of a solar cell is the isolation of the edge of the solar cell.

Žinoma, kad laidūs šuntai dažniausiai stebimi saulės elemento kraštuose. Tai susiję su puslaidininkinės plokštelės (padėklo) kraštuose esančiais medžiagos defektais, tokiais kaip mikrojtrūkimai, taip pat su puslaidininkinės struktūros formavimo defektais, tokiais kaip, pvz., legiruojančių priemaišų difuzija į kraštinį ir apatinį puslaidininkinės plokštelės (padėklo) paviršių, kontaktą sudarančio metalo nepageidautinas dengimasis ant saulės elemento kraštų ir pan. Dėl to saulės elemento kraštai yra apdorojami siekiant padidinti šunto varžą. Tai vadinama krašto izoliavimu.Conductive shunts are known to be commonly observed at the edges of a solar cell. This is due to material defects at the edges of the semiconductor wafer (substrate) such as micro-fractures, as well as defects in the formation of semiconductor structures such as diffusion of alloying impurities to the peripheral and lower surface of the semiconductor wafer (substrate). on the edges of a solar cell and so on. As a result, the edges of the solar cell are machined to increase the shunt impedance. This is called edge isolation.

Pagrindinės technikos lygu žinomos krašto izoliavimo metodikos yra krašto izoliavimas cheminiu būdu, ėsdinimas plazma ir lazerinis krašto izoliavimas. Krašto izoliavimas lazeriu daromas vartojant nanosekundinius lazerio impulsus. Nanosekundiniai impulsai pasižymi pakankama galia, kad vyktų abliacijos procesas. Nanosekundinės abliacijos metu yra išlydoma tam tikro dydžio puslaidininkio zona, toliau kaitinant ji virsta plazma, kuri dėl didelio slėgio plėsdamasi kartu išmeta išlydytą medžiagą. Ne visa išlydyta medžiaga yra išmetama, dalis medžiagos nusėda atgal ant abliuojamos zonos (medžiagos redepozicija). Nanosekundinio impulso metu vyksta šilumos difuzija ir formuojasi aukštos temperatūros paveikta zona, kurioje puslaidininkio savybės, tokios kaip perteklinių krūvininkų vidutinis gyvavimo laikas, yra pakitusios. Todėl izoliavimas nanosekundiniais impulsais sukuria termiškai pakitusią zoną, apribotą šilumos difuzijos arba optinės sugerties gylio.The main techniques known in the art for edge isolation are edge isolation chemically, plasma etching and laser edge isolation. Edge laser isolation is performed using nanosecond laser pulses. The nanosecond pulses have sufficient power to carry out the ablation process. During nanosecond ablation, a semiconductor zone of a certain size is melted and further heated to plasma, which expands the molten material by expanding at high pressure. Not all molten material is discarded, and some of the material is deposited back on the ablated area (redeposit of the material). During the nanosecond pulse, heat diffusion occurs and a high temperature-affected area is formed in which semiconductor properties such as the average lifetime of excess charge carriers are altered. Therefore, isolation by nanosecond pulses creates a thermally altered zone limited by the depth of thermal diffusion or optical absorption.

Žinomas JAV patentas Nr. US20090205712, publikuotas 2009 m. rugpjūčio 20 d. Šiame patente aprašytas kristalinių saulės elementų gamybos būdas (seka), įtraukiantis krašto izoliavimą. Tačiau sudėtinio elemento gamybos būdo dalis, skirta krašto izoliavimui neapima lazerinio apdirbimo būdo. Kitos technikos lygu žinomos krašto izoliavimo metodikos yra krašto izoliavimas cheminiu būdu ir plazminis ėsdinimas. Abi izoliavimo metodikos taikomos apdirbant tik plokštelės kraštą. Tai pasiekiama puslaidininkines plokšteles sudedant ir suglaudžiant paviršiais ir apdorojant jų kraštus šarminiu ėsdikliu arba nuėsdinant plazminiu būdu. Būtinybė tokiuose procesuose grupuoti ir išskirti plokšteles yra trūkumas konvejerinėse gamybinėse sistemose, šis grupavimas taip pat padidina gaminių lūžimo tikimybę.U.S. Pat. US20090205712, published May 2009 August 20 This patent describes a method (sequence) for producing crystalline solar cells that incorporates edge isolation. However, the part element manufacturing method used for edge isolation does not include laser processing. Other edge isolation techniques known in the art include edge isolation chemically and plasma etching. Both methods of insulation apply only to the edge of the plate. This is achieved by folding and compacting the semiconductor wafers and treating their edges with an alkaline etcher or plasma etching. The need to group and separate plates in such processes is a disadvantage in conveyor systems, and this grouping also increases the likelihood of product breakage.

Taip pat žinomas Taivano patentas Nr. TW20100087025 publikuotas 2010 m. rugpjūčio 4 d. Šiame patente aprašytas plonasluoksnių saulės elementų defektų detektavimo ir izoliavimo būdas. Patente skiriasi sudėtinio elemento dalys.Also known is Taiwan patent no. TW20100087025 Published 2010 August 4 This patent describes a method for detecting and isolating thin-film solar cell defects. Parts of a compound element are different in a patent.

Artimiausias žinomas Pietų Korėjos patentas Nr. KR20090260681, publikuotas 2009 m. spalio 22 d. Šiame patente yra aprašytas saulės elementų gamybos būdas, naudojant lazerinę spinduliuotę krašto izoliavimui. Taip pat patente aprašytas gamybos būdas apima cheminio ėsdinimo taikymą izoliavimu pažeistos medžiagos pašalinimui ir papildomą izoliuoto paviršiaus pasyvavimą. Tačiau sudėtinio elemento gamybos būdo dalis, skirta lazeriniam izoliavimui yra iš esmės besiskirianti tuo, kad lazerio parametrai nėra pritaikyti krašto izoliavimui be arba su labai maža termiškai paveikta zona. Termiškai pakitusi zona, esanti p/n sandūros erdvinio krūvio regione, padidina diodo neidealumą, ne erdvinio krūvio regione ji veikia kaip stiprus rekombinacinis centras. Todėl ji turi būti kuo mažesnė, kad aukščiau minėti reiškiniai būtų kuo silpnesni. Tai ypač svarbu mažų saulės elementų, kurių ploto / perimetro santykis yra mažas, gamyboje. Taip pat skiriasi sudėtinio elemento dalys - neapima visų šiame patente minimų sudėtinių daliųThe nearest known South Korean patent no. KR20090260681, Published 2009 October 22 This patent describes a method of manufacturing solar cells using laser radiation for edge isolation. Also, the manufacturing method described in the patent involves the use of chemical etching to remove material damaged by the isolation and additional passivation of the insulated surface. However, the part of the composite element fabrication method for laser isolation is fundamentally different in that the laser parameters are not adapted to edge isolation without or with a very small thermal affected area. The thermally altered region in the p / n junction spatial charge region increases the diode non-linearity, acting as a strong recombinant center in the non-spatial charge region. Therefore, it should be kept as low as possible in order to minimize the above phenomena. This is especially important in the production of small solar cells with low area / perimeter ratios. Component parts also differ - not all components mentioned in this patent are included

Apžvelgiant analogus ir šiuo metu taikomas technologijas bei formuojant uždavinius naujiems sprendimams sukurti, yra būtina, kad krašto izoliavimas, skirtingai nuo aukščiau išvardintų analogų, būtų atliekamas minimizuojant termiškai pakitusią zoną, išvengiant medžiagos redepozicijos ir išvengiant gaminių grupavimo prieš izoliavimo procesą.In reviewing analogues and current technologies, and in formulating challenges to develop new solutions, it is imperative that edge isolation, unlike the analogues listed above, be performed to minimize thermal change, avoid redepositing of material, and avoid product grouping prior to the isolation process.

IŠRADIMO ESMĖTHE SUBSTANCE OF THE INVENTION

Šio išradimo tikslas - paruošti puslaidininkio medžiagą (pvz., Si), galimai padengiant ją atitinkamu pasyvaciniu sluoksniu arba sluoksniais (pvz., S1O2 ir SixNy) bei suformuoti nustatytose vietose užduotos formos griovelius, siekiant sukurti efektyvią izoliaciją tarp skirtingų puslaidininkio regionų, ypač taikant aprašomą būdą izoliuoti puslaidininkinio prietaiso kraštams. Suformuojant griovelį turi būti išvengiama arba sukuriama labai maža termiškai pažeista puslaidininkinio padėklo zona, taip sumažinant diodo neidealumą. Vėliau tokį sudėtinį elementą galima naudoti įvairių puslaidininkinių prietaisų gamyboje, ypač saulės baterijų (elementų), tame tarpe mažų elementų, pritaikytų saulės šviesos koncentracijai, gamyboje.It is an object of the present invention to prepare a semiconductor material (e.g. Si), possibly by coating it with an appropriate passive layer or layers (e.g. S1O2 and Si x N y ), and to form grooves of defined shape to provide effective insulation between different regions of the semiconductor. particularly with the method described for isolating the edges of a semiconductor device. The groove must avoid or create a very small area of thermal damage to the semiconductor substrate, thereby reducing the non-linearity of the diode. Subsequently, such a composite element can be used in the manufacture of various semiconductor devices, in particular solar cells, including small cells adapted to the concentration of solar light.

Šio išradimo esmė yra sudėtinių elementų, susidedančių iš puslaidininkinio padėklo ir jį dengiančių dielektrinių dangų bei legiruotų n/p tipo laidumo sluoksnių paruošimas, ir būdas, taikomas puslaidininkinių prietaisų, ypač saulės elementų (baterijų) gamyboje, kuris:SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to the preparation of composite elements consisting of a semiconductor substrate and dielectric coatings thereon, and doped doped conductive layers, and to a process for the manufacture of semiconductor devices, in particular solar cells, which:

leidžia formuoti griovelius minėto sudėtinio elemento puslaidininkiniame padėkle (medžiagoje / sluoksnyje); leidžia formuoti minėtus griovelius ant sudėtinio elemento, jei jo paviršius dengtas minėtu pasyvaciniu sluoksniu ar sluoksniais; skirtas suformuoti griovelius nekontaktiniu būdu elektriškai atskiriant puslaidininkio regionus, ypač legiruotą sluoksnį ir elemento kraštą.allowing grooves in the semiconductor substrate (material / layer) of said composite element; allowing said grooves to be formed on the composite member provided that its surface is covered by said passive layer or layers; designed to form grooves in a non-contact electrically separating region of the semiconductor, particularly the doped layer and the edge of the element.

Lazerinė abliacija yra taikoma sudėtiniam elementui, pasižyminčiam stipria sugertimi UV bangų diapazone (srityje). Taikoma ultratrumpų femtosekundinių (fs) impulsų UV bangų diapazono spinduliuotė. Impulsų seka, skanuojant paviršių lazerio pluoštu parinktu greičiu, suformuoja griovelį. Šilumos difuzija per impulso trukmę yra nykstamai maža, todėl vyksta tiesioginė medžiagos abliacija su minimaliu terminiu poveikiu. Kadangi UV diapazono sugertis daugumoje puslaidininkių (ypač silicyje) yra labai stipri, medžiagos abliacijos slenkstis yra mažas ir todėl energijos dalis, konvertuojama į šilumą, yra mažesnė, nei naudojant kito diapazono spinduliuotę. Dėl šių priežasčių femtosekundinių impulsų poveikis užtikrina minimalią terminio poveikio zoną, o taip pat minimalią medžiagos redepoziciją. Taip užtikrinamas geras elektrinis atskyrimas su minimaliu puslaidininkinių prietaisų, ypač saulės elementų, parametrų degradavimu.Laser ablation is applied to a composite element with strong absorption in the UV range. The ultrashort femtosecond (fs) pulse UV wave radiation is applied. The pulse sequence forms a groove when the surface is scanned by a laser beam at a selected speed. The diffusion of heat through the pulse duration is vanishingly small, resulting in direct ablation of the material with minimal thermal effect. Because UV absorption is very strong in most semiconductors (especially silicon), the material has a low ablation threshold and therefore the energy fraction converted to heat is lower than that of the other range. For these reasons, exposure to femtosecond impulses ensures a minimal thermal effect zone as well as minimal redeposition of the material. This ensures good electrical separation with minimal degradation of semiconductor devices, especially solar cells.

Esminiai šio išradimo išskirtiniai bruožai yra šie:The essential features of the present invention are as follows:

šis izoliacinių griovelių formavimo būdas minėtame sudėtiniame elemente pasižymi tuo, kad apima puslaidininkinės medžiagos, galimai dengtos plonais paviršiniais sluoksniais, lazerine abliacija ultratrumpais (fs) ultravioletiniais (UV) impulsais;this method of forming insulating grooves in said composite element is characterized in that it comprises semiconductor materials, possibly coated with thin surface layers, by laser ablation by ultrashort (fs) ultraviolet (UV) pulses;

šis būdas yra nekontaktinis (bekontaktinis) ir tinkamas dirbti su labai plonais ir trapiais padėklais, todėl šis būdas gali būti taikomas kraštams izoliuoti arba atskirti regionams ant labai plonų puslaidininkio arba legiruoto puslaidininkio sluoksnių, apdoroti ploniems ir / arba trapiems bandiniams;this method is non-contact (non-contact) and suitable for working with very thin and brittle substrates, therefore it can be used for edge isolation or separation of regions on very thin layers of semiconductor or doped semiconductors, for processing thin and / or brittle specimens;

nepažeidžia puslaidininkio termiškai, užtikrina minimalią medžiagos redepoziciją; naudojant aukšto pasikartojimo dažnio lazerines sistemas, piešinio formavimo greitis leidžia pritaikyti šį būdą didelio pralaidumo gamybiniuose procesuose.does not damage the semiconductor thermally, ensures minimal redeposit of the material; with high-repetition laser systems, the rate at which the pattern is formed allows this technique to be applied in high-throughput production processes.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ FIGŪRŲ APRAŠYMASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING FIGURES

Fig. 1 yra pavaizduota sudėtinio elemento, naudojamo puslaidininkinių prietaisų, ypač saulės elementų (baterijų) gamyboje, struktūrinė sandara prieš apdorojimą taikant šio išradimo pateikiamą būdą.FIG. 1 shows a structural structure of a composite element used in the manufacture of semiconductor devices, in particular solar cells (batteries) prior to processing according to the method of the present invention.

Fig. 2 yra pavaizduota sudėtinio elemento, naudojamo puslaidininkinių prietaisų, ypač saulės elementų (baterijų) gamyboje, struktūrinė sandara po apdorojimo taikant šio išradimo pateikiamą būdą.FIG. 2 shows a structural structure of a composite element used in the manufacture of semiconductor devices, in particular solar cells (batteries), according to the process of the present invention.

TINKAMIAUSI {GYVENDINIMO VARIANTAIPREFERRED {LIVING OPTIONS

Kaip buvo minėta aukščiau, didinant saulės elementų efektyvumą, turi būti pašalinti jį ribojantys faktoriai. Vienas iš pagrindinių saulės elemento efektyvumą ribojančių faktorių yra susijęs su defektų prietaiso kraštuose izoliavimu.As mentioned above, limiting factors must be removed to increase the efficiency of solar cells. One of the main factors limiting the efficiency of a solar cell is the isolation of defects at the edges of the device.

Šis išradimas aprašo nekontaktinį būdą, izoliuoti atskirus puslaidininkio regionus, o ypač kraštą, formuojant nustatytose vietose norimos formos ir dydžio griovelius. Rezultatas vėliau gali būti naudojamas tolimesniuose technologiniuose procesuose, arba tai gali būti paskutinis technologinio proceso žingsnis.The present invention describes a non-contact method for isolating individual regions of a semiconductor, particularly an edge, by forming grooves of desired shape and size at defined locations. The result can then be used in subsequent technological processes, or it may be the last step in the technological process.

Šio išradimo objektą sudaro sudėtiniai elementai, sudaryti iš puslaidininkio padėklo, turinčio legiruotus sluoksnius ir dengto dielektrinėmis dangomis ir būdas abliuoti puslaidininkinį padėklą (ypač silicį) ultratrumpais (fs) ultravioletiniais (UV) impulsais bei (lazerinės abliacijos būdu) suformuojant norimos formos, gylio ir pločio griovelius. Siekiant išvengti termiškai pažeistos zonos formavimosi puslaidininkyje, naudojami femtosekundiniai lazerio impulsai ir ultravioletinis spinduliuotės diapazonas.The present invention relates to composite elements consisting of a semiconductor substrate having doped coatings and dielectric coatings and a method of ablating the semiconductor substrate (particularly silicon) by ultrashort (fs) ultraviolet (UV) pulses and (laser ablation) the desired shape, depth, grooves. Femtosecond laser pulses and ultraviolet radiation are used to prevent the formation of a thermally damaged area in the semiconductor.

Fig. 1 yra pavaizduota sudėtinio elemento, naudojamo puslaidininkinių prietaisų, ypač saulės elementų (baterijų) gamyboje, struktūrinė sandara prieš apdorojimą taikant šio išradimo pateikiamą būdą. Fig. 2 yra pavaizduota sudėtinio elemento, naudojamo puslaidininkinių prietaisų, ypač saulės elementų (baterijų) gamyboje, struktūrinė sandara po apdorojimo taikant šio išradimo pateikiamą būdą.FIG. 1 shows a structural structure of a composite element used in the manufacture of semiconductor devices, in particular solar cells (batteries) prior to processing according to the method of the present invention. FIG. 2 shows a structural structure of a composite element used in the manufacture of semiconductor devices, in particular solar cells (batteries), according to the process of the present invention.

Šis sudėtinis elementas (1) susideda iš puslaidininkio sluoksnio (2) (pvz., Si), kuris gali būti dengtas plonu arba plonais iki 300nm storio sluoksniais (3). Puslaidininkio sluoksnyje (2) arba ant jo gali būti suformuotas plonas puslaidininkinis sluoksnis (4) besiskiriantis nuo (2) savo savybėmis (Fig 1a). Puslaidininkio (2) arba, jei jis yra, (4) sluoksnio paviršiuje taip pat gali būti suformuoti kontaktai (5) (Fig. 1b). Puslaidininkio antrosios pusės apdirbimas yra neribojantis ir neribojamas šiame patente aprašomo būdo, todėl joje suformuotos struktūros / struktūrų neapibrėžiame. Puslaidininkio paviršius yra arba poliruotas, arba jame gali būti suformuota tekstūra, naudojant bet kurį žinomą būdą, pvz., tekstūravimą atsitiktinėmis piramidėmis.This composite element (1) consists of a semiconductor layer (2) (e.g., Si), which may be coated with thin or thin layers (3) of up to 300 nm. In or on the semiconductor layer (2), a thin semiconductor layer (4) can be formed which differs from (2) in its properties (Fig. 1a). The contacts (5) (Fig. 1b) may also be formed on the surface of the semiconductor (2) or, if present, the layer (4). The processing of the second half of the semiconductor is unrestricted and unrestricted in the manner described in this patent, and therefore the structures / structures formed therein are not defined. The surface of a semiconductor is either polished or can be textured by any known method, such as randomized pyramid texturing.

Apdirbimo metu sudėtiniame elemente suformuojamas griovelis (6), kuris gali atskirti skirtingus puslaidininkio (4) regionus (Fig. 2a), arba skirtingus puslaidininkio (4) regionus ir skirtingus kontaktinius regionus (Fig. 2b).During machining, the composite element forms a groove (6) that can distinguish between different regions of the semiconductor (4) (Fig. 2a) or different regions of the semiconductor (4) and different contact regions (Fig. 2b).

Puslaidininkinis sluoksnis pasižymi stipria šviesos sugertimi UV diapazone, kas leidžia šiam sluoksniui sėkmingai taikyti lazerinės abliacijos procedūrą. Lazerinė abliacija - procesas, kurio metu, naudojant lazerio spinduliuotę, pašalinama medžiaga iš kietojo kūno ar skysčio. Esant mažam lazerio energijos srautui, medžiaga yra šildoma sugerta lazerio energija, dėl to garuoja arba sublimuoja (pasikeičia iš kietos į dujinę būseną (fazę) nepereidama skystos būsenos (fazės)). Esant dideliam energijos srautui medžiaga nepereidama skystosios fazės virsta plazma. Dažniausiai lazerinei abliacijai atlikti naudojami impulsiniai lazeriai, tačiau galima taikyti ir nuolatinės veikos lazerius. Gylis, iki kurio sugeriama lazerio energija ir pašalintos medžiagos kiekis vienu lazerio impulsu, priklauso nuo tos medžiagos optinių savybių ir lazerio bangos ilgio bei energijos.The semiconductor layer has a strong light absorption in the UV range, which allows this layer to successfully apply the laser ablation procedure. Laser ablation is the process of removing matter from a solid or fluid by using laser radiation. At low laser energy fluxes, the material is heated by the absorbed laser energy, causing it to vaporize or sublimate (changes from solid to gaseous (phase) without passing through a liquid state (phase)). At high energy fluxes, the substance does not pass into liquid plasma without passing through the liquid phase. Pulsed lasers are commonly used for laser ablation, but continuous mode lasers can also be used. The depth at which the laser energy is absorbed and the amount of material removed per laser pulse depends on the optical properties of that material and the wavelength and energy of the laser.

Ultratrumpas lazerinis impulsas užtikrina, kad jo metu šilumos difuzija j aplinkinę medžiagą yra nykstamai maža. Tai sumažina procesui reikalingą impulso energiją ir nesukuria termiškai paveiktos zonos impulso metu. Kadangi tūrio vienete sugertas energijos kiekis priklauso nuo sugerties koeficiento dydžio, didesnio sugerties koeficiento regione medžiagos abliacijos slenkstis yra žemesnis ir atitinkamai mažesnis yra energijos kiekis, liekantis medžiagoje po abliacijos regione, kur energijos tankis nesiekia abliacijos slenksčio. Tai sukuria prielaidas mažos temperatūros paveiktos zonos formavimuisi. Taigi siekiant sukurti kuo mažesnę temperatūros paveiktą zoną, optimalus pasirinkimas yra femtosekundiniai ultravioletinio diapazono impulsai.The ultrashort laser pulse ensures that the diffusion of heat into the surrounding material is negligible. This reduces the pulse energy required for the process and does not create a thermally affected area during the pulse. Since the amount of energy absorbed per unit volume depends on the size of the absorption coefficient, the region of higher absorption coefficient has a lower ablation threshold and consequently a lower amount of energy remaining in the material after ablation in a region where the energy density is below the ablation threshold. This creates preconditions for the formation of a low temperature affected area. Thus, femtosecond ultraviolet pulses are the optimum choice to create the lowest temperature affected area.

Siekiant suformuoti griovelį, lazerio spindulys yra skanuojamas puslaidininkio paviršiumi arba puslaidininkinis bandinys yra judinamas lazerinio pluošto atžvilgiu. Pasirinktu režimu formuojamas griovelis, atskiriantis besiskiriančio savo savybėmis puslaidininkio regionus (4) arba besiskiriančio savo savybėmis puslaidininkio regionus ir kontaktinius regionus (5), ypač tuo atveju, kai vienas iš jų yra puslaidininkinės plokštelės krašte.In order to form a groove, the laser beam is scanned on the surface of a semiconductor or the semiconductor specimen is moved relative to the laser beam. In the selected mode, a groove is formed separating the regions of the semiconductor (4), which differ in their properties, or the regions of contact (5), especially when one of them is at the edge of the semiconductor wafer.

Pateiktas būdas leidžia išvengti termiškai paveiktos zonos puslaidininkiniame sluoksnyje (2) (padėkle), ir modifikuotame/dengtame puslaidininkio sluoksnyje (4). Pažeidimas šiame kontekste turi būti suprantamas kaip puslaidininkio sritis, kurioje žymiai padidėjęs defektų kiekis palyginus su pradiniu ir atitinkamai sumažėjęs krūvininkų gyvavimo laikas.The disclosed method avoids the thermally affected area in the semiconductor layer (2) (substrate) and the modified / coated semiconductor layer (4). Damage in this context is to be understood as an area of a semiconductor in which the number of defects is significantly increased compared to the original and consequently the life of the charge carriers is reduced.

Silicio (Si) saulės elementų gamyboje silicio puslaidininkinės plokštelės (sluoksniai) (2) naudojamos kaip pagrindas. Silicis (Si) gali būti kristalinis arba polikristalinis. Minėtos puslaidininkinių plokštelių paviršius gali būti apdirbtas / paruoštas įvairiais būdais: pvz., gali būti poliruotas arba tekstūruotas. Paviršiaus tekstūrą gali sudaryti įvairūs objektai, pvz.: atsitiktinės piramidės, invertuotos piramidės arba panašiai. Kadangi aprašomas būdas yra bekontaktinis, gali būti naudojami ypač ploni ir trapūs puslaidininkiniai padėklai.For the production of silicon (Si) solar cells, silicon semiconductor wafers (2) are used as substrates. Silicon (Si) can be crystalline or polycrystalline. The surface of the aforementioned semiconductor wafers can be machined / prepared in various ways, eg polished or textured. The surface texture can consist of various objects such as random pyramids, inverted pyramids or the like. Because the method described is non-contact, ultra-thin and brittle semiconductor substrates can be used.

Siekiant labiau iliustruoti šio išradimo būdo panaudojimą, žemiau yra pateikiami keli sudėtinių elementų įgyvendinimo variantai, kurie dažniausiai gali būti pritaikyti saulės elementų (arba kitų puslaidininkinių prietaisų / įrenginių) gamybos procesuose.In order to further illustrate the use of the method of the present invention, several embodiments of the composite elements which are most commonly applicable to the manufacturing processes of solar cells (or other semiconductor devices / devices) are provided below.

a. Puslaidininkis (2) modifikuojamas difuziškai sukuriant sluoksnį (4). Sluoksnio (4) paviršius yra dengiamas tik vienu sluoksniu (danga) (3). Skanuojant lazerio spindulį, suformuojamas griovelis (6), kuris atskiria sluoksnio (4) regionus, kurių vienas yra puslaidininkinio padėklo (plokštelės) krašte (Fig. 2a).a. The semiconductor (2) is modified by diffusely creating a layer (4). The surface of the layer (4) is covered with only one layer (coating) (3). By scanning the laser beam, a groove (6) is formed which separates the regions of the layer (4), one of which is at the edge of the semiconductor substrate (plate) (Fig. 2a).

b. Puslaidininkis (2) modifikuojamas difuziškai sukuriant sluoksnį (4). Sluoksnio (4) paviršius yra dengiamas tik vienu sluoksniu (danga) (3). Suformuojami kontaktai (5). Skanuojant lazerio spindulį, suformuojamas griovelis (6), kuris atskiria sluoksnio (4) ir kontaktinio sluoksnio (5) regionus, kurių vienas yra puslaidininkinio padėklo (plokštelės) krašte (Fig. 2b).b. The semiconductor (2) is modified by diffusely creating a layer (4). The surface of the layer (4) is covered with only one layer (coating) (3). Forming contacts (5). By scanning the laser beam, a groove (6) is formed which separates the regions of the layer (4) and the contact layer (5), one of which is at the edge of the semiconductor substrate (plate) (Fig. 2b).

Siekiant iliustruoti ir aprašyti šj išradimą, aukščiau yra pateikti tinkamiausių įgyvendinimo variantų aprašymai. Tai nėra išsamus arba ribojantis išradimas, kuriuo siekiama nustatyti tikslią formą arba įgyvendinimo variantą. Į aukščiau pateiktą aprašymą reikia žiūrėti daugiau kaip į iliustraciją, o ne kaip į apribojimą. Akivaizdu, kad tos srities specialistams gali būti akivaizdžios daugybė modifikacijų ir variacijų. įgyvendinimo variantai yra parinkti ir aprašyti tam, kad tos srities specialistai geriausiai išaiškintų šio išradimo principus ir jų geriausią praktinį pritaikymą, skirtą skirtingiems įgyvendinimo variantams su skirtingomis modifikacijomis, tinkančiomis konkrečiam panaudojimui arba įgyvendinimo pritaikymui, nes konkrečiu atveju kiekybiniai šio panaudojimo būdo pritaikymo rodikliai gali skirtis. Numatyta, kad išradimo apimtis apibrėžiama prie jo pridėta apibrėžtimi ir jos ekvivalentais, kuriuose visi minėti terminai turi prasmę plačiausiose ribose, nebent nurodyta kitaip. Turi būti pripažinta, kad įgyvendinimo variantuose, aprašytuose tos srities specialistų, gali būti pateikti pakeitimai, nenukrypstantys nuo šio išradimo apimties, kaip tai nurodyta toliau pateiktoje apibrėžtyje.In order to illustrate and describe the present invention, descriptions of preferred embodiments are set forth above. It is not a complete or limiting invention that seeks to determine the exact form or embodiment. The description above should be viewed as an illustration rather than a limitation. Obviously, many modifications and variations may be apparent to those skilled in the art. Embodiments are selected and described for the best understanding of the principles of the present invention and their best practical application for different embodiments with different modifications suitable for a particular application or embodiment, since the quantitative adaptations of this embodiment may vary from case to case. The scope of the invention is intended to be defined by the appended definition and its equivalents, in which all the foregoing terms have the widest possible meaning, unless otherwise stated. It will be appreciated that the embodiments described by those skilled in the art may make changes within the scope of the present invention as defined in the following definition.

Claims (7)

IŠRADIMO APIBRĖŽTISDEFINITION OF INVENTION 1. Sudėtinis elementas (1), susidedantis iš silicio puslaidininkinio padėklo (2) ir jo apdorojamame paviršiuje suformuotų legiruoto sluoksnio/ sluoksnių/ struktūrų (4), besiskiriantis tuo, kad puslaidininkinio padėklo (2) paviršius yra poliruotas, paviršiuje nustatytose vietose yra suformuoti užduoto gylio ir pločio izoliaciniai grioveliai (6). Griovelių gylis yra didesnis nei legiruotų sluoksnių storis ir mažesnis nei padėklo storis arba mažesnis nei 150pm, jei padėklo storis šią vertę viršija. Griovelių plotis yra didesnis nei 3pm.A composite element (1) comprising a silicon semiconductor substrate (2) and an alloy layer (s) / structures (4) formed on the surface to be treated, characterized in that the surface of the semiconductor substrate (2) is polished and formed at defined positions on the surface. depth and width insulating grooves (6). The groove depth is greater than the thickness of the alloy layers and less than the substrate thickness, or less than 150pm, if the substrate thickness exceeds this value. The width of the grooves is greater than 3pm. 2. Sudėtinis elementas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėto puslaidininkinio padėklo paviršius dengtas dielektriniu/puslaidininkiniu sluoksniu (pasyvacinę danga) (3), arba keliais dielektriniais/puslaidininkiniais sluoksniais, kiekvienos kurių storis yra mažesnis nei 300nm.Composite element according to claim 1, characterized in that the surface of said semiconductor substrate is coated with a dielectric / semiconductor layer (passive coating) (3), or several dielectric / semiconductor layers each having a thickness of less than 300 nm. 3. Sudėtinis elementas pagal 1-2 punktus, besiskiriantis tuo, kad minėto puslaidininkinio padėklo (2) paviršius tekstūruotas atsitiktinėmis piramidėmis arba kitu žinomu tekstūros tipu.3. Composite element according to claims 1-2, characterized in that the surface of said semiconductor substrate (2) is textured with random pyramids or other known texture types. 4. Sudėtinis elementas pagal 1-3 punktus, besiskiriantis tuo, kad minėto puslaidininkinio padėklo (2) apdirbamame paviršiuje yra suformuoti metaliniai kontaktai (5).4. A composite element according to claims 1-3, characterized in that metal contacts (5) are formed on the machining surface of said semiconductor substrate (2). 5. Sudėtinio elemento gamybos būdas, apimantis šis pakopas: puslaidininkinio padėklo (2) paviršiaus paruošimą, dielektriniu/puslaidininkiniu sluoksnių (3) dengimą ir metalo kontaktų (5) formavimą, besiskiriantis tuo, kad minėto izoliacinio griovelio suformavimui naudojama ultratrumpų femtosekundinių (<400fs) impulsų ultravioletinio diapazono lazerinė abliacija, vykdoma skanuojant lazerio pluoštą sudėtinio elemento paviršiumi pasirinktu greičiu.5. A method of manufacturing a composite element comprising the steps of: surface preparation of a semiconductor substrate (2), coating dielectric / semiconductor layers (3) and forming metal contacts (5), characterized in that ultrashort femtoseconds (<400fs) are used to form said insulating groove. Pulsed ultraviolet laser ablation performed by scanning a laser beam at a selected component surface velocity. 6. Sudėtinio elemento gamybos būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad ultratrumpų femtosekundinių (<400fs) impulsų ultravioletinio diapazono lazerinė abliacija izoliaciniams grioveliams formuoti vykdoma judinant sudėtinį elementą lazerinio pluošto atžvilgiu pasirinktu greičiu.6. The method of manufacturing a composite element according to claim 5, wherein the ultraviolet laser ablation of the ultrashort femtosecond (<400fs) pulses to form the insulating grooves is performed by moving the composite element at a selected speed relative to the laser beam. 7. Sudėtinio elemento gamybos būdas pagal 5 ir 6 punktus, besiskiriant i s tuo, kad ultratrumpų femtosekundinių impulsų (<400fs) ultravioletinio diapazono lazerinė abliacija vykdoma naudojant daugiau nei vieną lazerinį pluoštą vienu metu.7. A method for manufacturing a composite element according to claims 5 and 6, characterized in that the ultraviolet range laser ablation of ultra-short femtosecond pulses (<400fs) is performed using more than one laser beam at a time.
LT2011078A 2011-09-01 2011-09-01 Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses LT5937B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2011078A LT5937B (en) 2011-09-01 2011-09-01 Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2011078A LT5937B (en) 2011-09-01 2011-09-01 Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2011078A LT2011078A (en) 2013-03-25
LT5937B true LT5937B (en) 2013-05-27

Family

ID=47890766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2011078A LT5937B (en) 2011-09-01 2011-09-01 Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT5937B (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090205712A1 (en) 2008-02-20 2009-08-20 Peter John Cousins Front contact solar cell with formed emitter
KR20100087025A (en) 2007-11-30 2010-08-02 이하라케미칼 고교가부시키가이샤 Aryl(1h-1,2,4-triazol-1-yl)compound, and process for production thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100087025A (en) 2007-11-30 2010-08-02 이하라케미칼 고교가부시키가이샤 Aryl(1h-1,2,4-triazol-1-yl)compound, and process for production thereof
US20090205712A1 (en) 2008-02-20 2009-08-20 Peter John Cousins Front contact solar cell with formed emitter

Also Published As

Publication number Publication date
LT2011078A (en) 2013-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2240955B1 (en) Engineering flat surfaces on materials doped via pulsed laser irradiation
EP2826072B1 (en) Method for fabricating photovoltaic cells with plated contacts
Schoonderbeek et al. Laser Processing of Thin Films for Photovoltaic Applications.
KR101786850B1 (en) Thin film structures and devices with integrated light and heat blocking layers for laser patterning
US8969216B2 (en) Method for single side texturing
JPH05218472A (en) Laser beam machining method of thin-film structure
US10121667B2 (en) Creation of hyperdoped semiconductors with concurrent high crystallinity and high sub-bandgap absorptance using nanosecond laser annealing
WO2015084661A1 (en) Screen print mask for laser scribe and plasma etch wafer dicing process
EP2810303A2 (en) Method for forming a solar cell with a selective emitter
KR20120116948A (en) Method and apparatus for scribing a line in a thin film using a series of laser pulses
KR20110090933A (en) Photoelectric conversion device manufacturing method, photoelectric conversion device manufacturing device, and photoelectric conversion device
US8835253B2 (en) Photoelectric conversion device fabrication method and photoelectric conversion device
Huber et al. Selective structuring of thin-film solar cells by ultrafast laser ablation
Dobrzański et al. Application of laser in multicrystalline silicon surface processing
Johnston et al. Laser cutting and micromachining for localized and targeted solar cell characterization
LT5937B (en) Semiconductor element having doped p/n structures and method to isolate them using ultra short ultraviolet laser pulses
JP4078137B2 (en) How to set the laser beam pulse width
Doan et al. Bessel beam laser-scribing of thin film silicon solar cells by ns pulsed laser
WO2011136659A1 (en) Method and apparatus for removing a defect from a solar cell
Schneller et al. Study of the laser scribing of molybdenum thin films fabricated using different deposition techniques
WO2024077749A1 (en) Laser cutting apparatus and wafer cutting method
Razak et al. Nd: YAG laser texturization on silicon surface
RU2649223C1 (en) Method for obtaining a nanomodified structure on the surface of silicon
Krause et al. Optimized scribing of TCO layers on glass by selective femtosecond laser ablation
CN118696407A (en) Method for transferring a film onto a support substrate

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20130325

FG9A Patent granted

Effective date: 20130527

MM9A Lapsed patents

Effective date: 20150901