NL8420337A - METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS Download PDFInfo
- Publication number
- NL8420337A NL8420337A NL8420337A NL8420337A NL8420337A NL 8420337 A NL8420337 A NL 8420337A NL 8420337 A NL8420337 A NL 8420337A NL 8420337 A NL8420337 A NL 8420337A NL 8420337 A NL8420337 A NL 8420337A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- substrate
- nickel
- mask
- silicon
- layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 34
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 12
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 10
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 fluoride ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 39
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 4
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005111 flow chemistry technique Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical group [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- PEUPIGGLJVUNEU-UHFFFAOYSA-N nickel silicon Chemical compound [Si].[Ni] PEUPIGGLJVUNEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KERTUBUCQCSNJU-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);disulfamate Chemical compound [Ni+2].NS([O-])(=O)=O.NS([O-])(=O)=O KERTUBUCQCSNJU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L platinum dichloride Chemical compound Cl[Pt]Cl CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Medicines Containing Plant Substances (AREA)
Description
ö 'L u o o / VO 7315ö 'L u o o / VO 7315
Werkwijze voor het vervaardigen van zonnecellen.Method for manufacturing solar cells.
De uitvinding heeft betrekking op de vervaardiging van fotovoltage-cellen en meer in het bijzonder op een verbeterde goedkope wijze voor het vervaardigen van uit polykristallijn silicium bestaande zonnecellen, waarin de beschadigde oppervlaktelaag, die tijdens de waterstof-5 passivering is gevormd, als een platteermasker voor de metallisatie van de voorvlakelektroden wordt gebruikt.The invention relates to the manufacture of photo-voltage cells and more particularly in an improved inexpensive manner for the production of polycrystalline silicon solar cells in which the damaged surface layer formed during the hydrogen passivation is used as a plating mask for the metalization of the front surface electrodes is used.
Tot nu toe heeft een gebruikelijke wijze voor het vervaardigen van uit silicium bestaande zonnecellen de volgende stappen omvat: het vormen van een PN-junctie door een geschikt doteermiddel in de 10 voorzijde van een siliciumplaatje of -strook te diffunderen, een rooster-elektrodepatroon in een beschermende diëlektrische maskeerlaag die op het voorvlak is gevormd, te etsen, het neerslaan van een nikkelplattering op alle silicium, dat doot het etsen is vrijgegeven, het in soldeer dompelen of overplatteren van het nikkel met koper en tin, het ver-15 wijderen van de rest van de diëlektrische maskeerlaag van het voorvlak, en het aanbrengen van een anti-reflectiebekleding op de hernieuwd vrijgegeven gedeelten van het voorvlak.Heretofore, a conventional method of manufacturing silicon solar cells has included the following steps: forming a PN junction by diffusing a suitable dopant into the front of a silicon wafer or strip, a grid electrode pattern in a protective dielectric masking layer formed on the front face, depositing a nickel plating on all the silicon released by the etching, dipping in solder or overplating the nickel with copper and tin, removing the remainder of the dielectric masking layer of the front face, and applying an anti-reflective coating to the newly released portions of the front face.
Ofschoon een dergelijke procedure kan worden toegepast bij zowel monokristallijn als polykristallijn silicium, maken kostenoverwegingen 20 het wenselijk de zonnecellen uit het laatstgenoemde.materiaal te vervaardigen. Zoals echter bekend, zijn in verband met de minderheids-dragerverliezen bij korrelbegrenzingen, dislokaties en dergelijke, de rendementen welke worden verkregen bij uit polykristallijn silicium bestaande zonnecellen in het algemeen lager dan die van monokristallijne 25 cellen. Deze omstandigheid is verbeterd door het introduceren van een monovalent element zoals waterstof, in het stelsel ter combinatie met de vrije bindingen, welke behoren bij de structurele defecten, waardoor het ininderheidsdragerhercombinatié verlies tot een minimum wordt teruggebracht.Although such a procedure can be used with both monocrystalline and polycrystalline silicon, cost considerations make it desirable to manufacture the solar cells from the latter material. However, as is known, because of the minority carrier losses at grain boundaries, dislocations and the like, the efficiencies obtained in polycrystalline silicon solar cells are generally lower than those of monocrystalline cells. This condition has been improved by introducing a monovalent element such as hydrogen into the system in combination with the free bonds associated with the structural defects, thereby minimizing the carrier-recombining loss.
30 Zoals bekend is een belangrijke overweging bij het ontwerpen van een celverwerkingsreeks, dat de combinatie van tijd en temperatuur bij een stap na de waterstofpassiveringsstap niet moet veroorzaken, dat de aan het silicium toegevoerde waterstof weer uit de gepassiveerde substraat diffundeert. Zo is het bijvoorbeeld gebleken, dat een met 8420337 -2- waterstof gepassiveerde cel, welke gedurende een half uur in vacuo aan een temperatuur van 600°C wordt onderworpen, in wezen alle gebonden waterstof kwijtraakt en na het voor passiveringsniveau daarvan terugkeert, zoals blijkt uit de waargenomen door een elektronenbundel geïnduceerde stroom 5 activiteit daarvan. In dit verband wordt er op gewezen, dat de junctie-diffusiestap bij de zonnecelfabrikage meer in het bijzonder temperaturen van de orde van 900°C met zich mede brengt.As is well known, an important consideration in designing a cell processing series is that the combination of time and temperature in a step after the hydrogen passivation step should not cause the hydrogen supplied to the silicon to diffuse out of the passivated substrate again. For example, it has been found that a 8420337 -2 hydrogen passivated cell which is subjected to a temperature of 600 ° C for half an hour in vacuo essentially loses all bound hydrogen and returns after its pre-passivation level, as shown from the observed electron beam-induced current activity thereof. In this connection, it should be noted that the junction diffusion step in solar cell manufacturing involves, in particular, temperatures of the order of 900 ° C.
Het is voorts gebleken, dat bij de waterstofpassivering de cel nomaliter tot een zo hoge temperatuur wordt verhit, dat basismetalen, 10 zoals koper, via de junctie migreren, waardoor een "zachte" diode of een kortsluiting wordt verkregen. Zoals bijvoorbeeld is aangegeven door C.H. Seager, Q,J. Sharp, J. K. G. Panitz, en R.V. D'Aiello in Journal of Vacuum Science and Technology, Vol.20, no.3, pag.430-435(maart 1982) kan de passivering van het polykristallijn silicium plaatsvinden 15 met een ionenbron van het Kaufman-type, welke wordt gebruikt voor het opwekken van een waterstofionenbundel in het kilo-elektronenvolt energiegebied.It has further been found that in the hydrogen passivation the cell is typically heated to such a high temperature that base metals, such as copper, migrate through the junction, resulting in a "soft" diode or short circuit. As indicated, for example, by C.H. Seager, Q, J. Sharp, JKG Panitz, and R.V. D'Aiello in Journal of Vacuum Science and Technology, Vol. 20, no.3, pp. 430-435 (March 1982), the passivation of the polycrystalline silicon can take place with an ion source of the Kaufman type, which is used for generating a hydrogen ion beam in the kilo-electron volt energy range.
Relatief korte belichtingstijden (b.v. tussen 0,5 en 4 minuten) bij 2 een grote ionenenergie en grote flux (b.v. 1-3 mA/cm ) blijken optimaal 20 te zijn. Dergelijke belichtingen leiden in het algemeen tot een toename van de temperatuur van de substraat tot ten minste bij benadering 275°C, indien de substraat op een zorgvuldige wijze met een geschikt warmteafvoerorgaan in aanraking wordt gebracht. Indien dit niet het geval is treden gemakkelijk temperaturen van meer dan 400°C op. Het is even-25 wel van belang, dat de temperaturen tot minder dan ongeveer 300°C worden beperkt teneinde een snelle migratie van basismetalen in de siliciummatrix te vermijden.Een manipulatie van de substraat en het warmteafvoerorgaan voor het tot stand brengen van een thermische regeling tijdens de passivering wordt evenwel gemakkelijk de, de snelheid 30 beperkende factor bij een verwerking met groter debiet bij dergelijke ionenbronnen. Derhalve is het wenselijk om een warmteafvoer te vermijden voor het verkrijgen van een goedkoop proces met groot debiet. Bovendien maken bij siliciumstroken van het EPG-type, die op economische wijze kunnen worden vervaardigd, oppervlakteonregelmatigheden en warmteafvoer 35 lastig.Relatively short exposure times (e.g. between 0.5 and 4 minutes) at 2 high ion energy and high flux (e.g. 1-3 mA / cm) appear to be optimal. Such exposures generally result in an increase in the temperature of the substrate to at least approximately 275 ° C if the substrate is carefully contacted with a suitable heat sink. If this is not the case, temperatures of more than 400 ° C easily occur. It is important, however, that the temperatures be limited to less than about 300 ° C in order to avoid rapid migration of base metals into the silicon matrix. A manipulation of the substrate and the heat sink to effect thermal control however, during passivation, the rate limiting factor readily becomes a factor in higher flow processing at such ion sources. Therefore, it is desirable to avoid heat dissipation to obtain an inexpensive, high flow rate process. In addition, EPG type silicon strips, which can be economically manufactured, make surface irregularities and heat dissipation difficult.
8420337 -3-8420337 -3-
Voorts is de waterstofpassivering het meest effectief wanneer het basissiliciumoppervlak wordt vrijgegeven. Derhalve moet elk platteermasker, zoals de siliciumnitridelaag, welke bij bekende processen wordt toegepast, worden verwijderd voordat de passivering plaatsvindt. Derhalve moeten 5 de voorvlakelektroden vóór de passivering worden neergeslagen.Furthermore, the hydrogen passivation is most effective when the base silicon surface is released. Therefore, any plating mask, such as the silicon nitride layer used in known processes, must be removed before the passivation takes place. Therefore, the front surface electrodes must be deposited before the passivation.
Zoals is beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial no. 563061 kan de gewijzigde oppervlaktelaag, welke wordt gevormd bij een waterstofionenbundel passivering, als een platteermasker voor daaropvolgende raetalliseringsstappen worden gebruikt. Meer gedetailleerd 10 omvat een voorkeursuitvoeringsvorm van het daarin gedetailleerd beschreven proces als toegepast op de vervaardiging van uit silicium bestaande zonnecellen onder meer de volgende stappen: (1) het vormen van een platteermasker van een dielektrisch materiaal op het voorvlak van een siliciumstrook met ondiepe junctie teneinde die gebieden van het silicium vrij te laten, 15 welke later door de voorvlakelektroden moeten worden bedekt, (2) het aanbrengen van een dunne laag nikkel (of een soortgelijk materiaal) op het vrijliggende silicium,(3) het verwijderen van het platteermasker, (4) het met waterstof passiveren van de junctiezijde van de strook,(5) het sinteren van. nikkel voor het gedeeltelijk vormen van 20 een nikkelsilicide, (6) het platteren van extra metaal of extra metalen op de met een metaal beklede gedeelten van de cel, en (7) het aanbrengen van een anti-reflectiebekleding op het vrijliggende oppervlak van het silicium. Daarna kan het silicium verder worden verwerkt bijvoorbeeld om dit gereed te maken voor verbinding met elektrische ketens.As described in U.S. Patent Application Serial No. 563061, the modified surface layer formed upon hydrogen ion beam passivation can be used as a plating mask for subsequent rationalization steps. In more detail, a preferred embodiment of the process described in detail therein as applied to the manufacture of silicon solar cells includes the following steps: (1) forming a plating mask of a dielectric material on the front face of a silicon strip with shallow junction to to release those areas of the silicon to be covered later by the front surface electrodes, (2) applying a thin layer of nickel (or similar material) to the exposed silicon, (3) removing the plating mask, ( 4) passivating the junction side of the strip with hydrogen, (5) sintering. nickel for partially forming a nickel silicide, (6) plating extra metal or extra metals on the metal-coated parts of the cell, and (7) applying an anti-reflective coating on the exposed surface of the silicon . The silicon can then be further processed, for example to prepare it for connection to electrical chains.
25 De passivering wijzigt het vrijliggende oppervlak van de junctiezijde van de substraat zodanig, dat dit als een masker voor de secundaire platteerstap (6) dient. Bij een alternatief proces levert de verwarming van het monster tijdens de passivering tenminste een gedeelte van de energie voor de nikkelsinterstap.The passivation changes the exposed surface of the junction side of the substrate to serve as a mask for the secondary plating step (6). In an alternative process, heating the sample during passivation supplies at least a portion of the energy for the nickel sintering step.
30 Deze procedure wordt verder vereenvoudigd in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial no. 563292 waaruit blijkt, dat een negatief platteermasker (d.w.z . een masker dat slechts die gebieden van het voorvlak bedekt, welke later door de voorvlakelektrode moeten worden bedekt), dat op het voorvlak van de substraat is aangebracht, kan worden gebruikt voor 35 het besturen van de grootte van de gewijzigde oppervlaktelaag, die door de ionenbundel wordt verkregen, waardoor een passivering 8420337 -4- voor een eventuele voorvlakmetallisering mogelijk wordt gemaakt, waarbij het masker na de passivering en voor de metallisering wordt verwijderd.This procedure is further simplified in U.S. Patent Application Serial No. 563292, which shows that a negative plating mask (ie, a mask covering only those areas of the front face, which are to be covered later by the front face electrode), which is applied to the front face of the substrate is applied, can be used to control the size of the modified surface layer obtained by the ion beam, allowing passivation 8420337-4- for any front surface metallization, the mask after passivation and before the metallization is removed.
De beide zojuist beschreven procedures maken een passivering met waterstof mogelijk met een dientengevolge optredende verbetering van 5 de celwerking van polykristallijne substraten, met een bij voorkeur geldend temperatuurprotocol. Evenwel vereist zelfs de meest eenvoudige van de zojuist beschreven twee procedures een aantal stappen van de orde van een dozijn. De beide procedures vereisen voorts dat een oppervlakte-laag op de substraat in een tijdelijk verwijderbaar masker wordt gevormd 10 met de daarmee gepaard gaande kosten aan zowel tijd als niet terug te winnen materiaal.Both procedures just described allow for a passivation with hydrogen with consequent improvement in the cellular performance of polycrystalline substrates, with a preferred temperature protocol. However, even the simplest of the two procedures just described requires several steps of the order of a dozen. Both procedures further require that a surface layer on the substrate be formed in a temporary removable mask with the associated cost of both time and non-recoverable material.
Derhalve beoogt de uitvinding bêiandelingsstappen bij de vervaardiging van zonnecellen waaruit een strook van het EFG-type of soortgelijke substraten te elimineren.Therefore, the invention aims at eliminating steps in the manufacture of solar cells from which a strip of the EFG type or similar substrates is eliminated.
15 Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een behandelingsreeks voor de vervaardiging van zonnecellen, welke een waterstof pas siverings stap omvat, welke wordt uitgevoerd na de behandelingsstap pen met hoge temperatuur doch voordat eventuele basismetalen in de structuur worden geïncorporeerd, waarbij het gebruik van niet terug te win-20 nen materiaal echter tot een minimum wordt teruggebracht.A further object of the invention is to provide a treatment series for the manufacture of solar cells, which comprises a hydrogen passivation step, which is carried out after the treatment steps with high temperature, but before any base metals are incorporated into the structure, the use of which of non-recoverable material is reduced to a minimum.
Dit doel en andere oogmerken worden volgens de uitvinding verkregen doordat een verwijderbaar en opnieuw te gebruiken mechanisch masker wordt gebruikt om de ionenbundel, die voor de waterstofpassi-vering wordt toegepast met schaduwwerking op het voorvlak van de sub-25 straat te gebruiken. De gewijzigde oppervlaktelaag, welke wordt verkregen doordat de ionenbundel de openingen in het masker passeert, vormt een platteermasker, dat de gebieden van de daaropvolgende voorvlakmetallisatie door dompelplattering begrenst.This object and other objects are achieved according to the invention in that a removable and reusable mechanical mask is used to utilize the ion beam used for hydrogen passivation with shadowing on the front face of the substrate. The modified surface layer, which is obtained by the ion beam passing through the openings in the mask, forms a plating mask, which delimits the areas of the subsequent front surface metallization by dip plating.
Het zal duidelijk zijn, dat onder gebruik van een verwijderbaar 30 mechanisch masker voor het bepalen van de oppervlakken van het substraat, die aan ionenbundel moeten worden blootgesteld, de chemische stappen, welke worden gebruikt voor het vormen en verwijderen van de platteermaskers bij de bekende behandelingsreeksen.worden vermeden. Voorts kan het masker volgens de uitvinding opnieuw worden gebruikt. Dientengevolge 35 wordt een sterk vereenvoudigd en meer kostenefficiënt proces mogelijk gemaakt.It will be appreciated that using a removable mechanical mask to determine the surfaces of the substrate to be exposed to ion beam, the chemical steps used to form and remove the plating masks in the known treatment series .will be avoided. Furthermore, the mask according to the invention can be reused. As a result, a highly simplified and more cost efficient process is enabled.
8420337 -5-8420337 -5-
De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening, welke een aantal stappen toont, welke optreden bij de vervaardiging van de zonnecellen overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, which shows a number of steps which occur in the manufacture of the solar cells according to a preferred embodiment of the invention.
5 In de tekening zijn overeenkomstige onderdelen van dezelfde verwijzingen voorzien.Voorts zijn in de tekening de dikten en diepten van de verschillende bekledingen en gebieden terwille van de illustratie niet nauwkeurig overeenkomstig de relatieve proporties daarvan weergegeven.5 In the drawing, like parts are provided with like references. Furthermore, in the drawing, the thicknesses and depths of the different coatings and areas are not accurately represented for their illustration according to their relative proportions.
10 De in de tekening weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding heeft betrekking op de vervaardiging van zonnecellen uit EFG-gegroeide siliciumstroken van het P-type. Als een eerste eis van het proces wordt één zijde (hierna "voorzijde" genoemd) van een vooraf gereinigde EFG-siliciumstrook 2 met een geleiding van het P-type onder-15 worpen aan een fosfordiffusieproces, dat zodanig is berekend, dat een relatief ondiepe junctie 4 wordt verkregen (d.w.z. een junctie met een diepte, gelegen tussen ongeveer 3000 en ongeveer 7000 8), en een geleidingsgebied 6 van het N-type wordt verkregen. Bij wijze van voorbeeld wordt een uit silicium bestaande strook en een geleiding van het 20 P-type, vervaardigd door het EFG-proces en met een specifieke weerstand van ongeveer 5 ohm-cm gereinigd door deze te etsen in een oplossing van HNO^(70%):HF(49%) in een verhouding van, gelegen tussen ongeveer 4:1 en 9:1, gedurende ongeveer een tot drie minuten bij een temperatuur van ongeveer 25°C. Daarna wordt de strook onderworpen aan 25 een fosfordiffusie proces , zoals op zichzelf bekend is.Zo kan b.v.The preferred embodiment according to the invention shown in the drawing relates to the production of solar cells from EFG-grown silicon strips of the P-type. As a first requirement of the process, one side (hereinafter referred to as "front side") of a pre-cleaned EFG silicon strip 2 with a P-type guide is subjected to a phosphor diffusion process calculated to be relatively shallow junction 4 is obtained (ie a junction with a depth between about 3000 and about 7000 8), and an N-type guide region 6 is obtained. For example, a silicon strip and a 20 P-type guide, manufactured by the EFG process and cleaned with a specific resistance of about 5 ohm-cm, is etched in a solution of HNO ^ (70 %): HF (49%) in a ratio of between about 4: 1 and 9: 1 for about one to three minutes at a temperature of about 25 ° C. The strip is then subjected to a phosphorus diffusion process, as is known per se.
een laag van fosforsilicaatglas 8, gevormd als gedetailleerd weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 4.152.824, als een bron voor het fosfordoteermiddel worden gebruikt.a layer of phosphorsilicate glass 8, formed as detailed in U.S. Patent 4,152,824, is used as a source of the phosphorus dopant.
Vervolgens wordt de laag 8 van fosforsilicaatglas weggeëtst 30 door de substraat in een gebufferde HF-oplossing onder te dompelen.Then, the phosphorsilicate glass layer 8 is etched away by immersing the substrate in a buffered HF solution.
Derhalve kan, (Ρ205^χ^·*"02^γ' een fosforsilicaatglas van de substraat worden verwijderd door laatstgenoemde bij een temperatuur, gelegen tussen ongeveer 25°C en ongeveer 40°C gedurende een periode, gelegen tussen ongeveer 15 sec. en 2 minuten, onder te dompelen in ÏONH^F (40%):1HF.Therefore, (Ρ205 ^ χ ^ · * "02 ^ γ 'a phosphorsilicate glass may be removed from the substrate by the latter at a temperature between about 25 ° C and about 40 ° C for a period of time between about 15 seconds and 2 minutes, immerse in 1HF (40%): 1HF.
35 Hierna wordt de achterzijde van het substraat bekleed met een 8420337 -6- laag 10 van een aluminiumpasta. De aluminiumpasta, welke wordt gebruikt voor het vormen van een laag 10, omvat bij voorkeur aluminiumpoeder in een vluchtige organische drager, zoals terpineol, welke door verdamping kan worden verwijderd.Next, the back of the substrate is coated with an 8420337-6 layer 10 of an aluminum paste. The aluminum paste used to form a layer 10 preferably comprises aluminum powder in a volatile organic carrier, such as terpineol, which can be removed by evaporation.
5 Deze stap wordt dan gevolgd door een legeringsstap, waarbij het substraat gedurende ongeveer 0,25 tot 2,0 minuten wordt verhit bij een temperatuur, welke hoger ligt dan ongeveer 575°C teneinde eventuele vluchtige of pyrolyseerbare organische componenten van de pasta te verwijderen en het aluminium in de pasta met het siliciumsubstraat te legeren. 10 Bij de legeringsstap gaat de aluminiumbekleding 10 een legering aan met de achterzijde van het substraat teneinde een P+ gebied 12 met een diepte van ongeveer 1 tot ongeveer 5 micron te vormen.This step is then followed by an alloying step, wherein the substrate is heated at a temperature higher than about 575 ° C for about 0.25 to 2.0 minutes to remove any volatile or pyrolysable organic components from the paste and alloy the aluminum in the paste with the silicon substrate. In the alloying step, the aluminum cladding 10 alloys with the back of the substrate to form a P + region 12 with a depth of about 1 to about 5 microns.
Vervolgens wordt de cel in waterstof gepassiveerd. Een voorkeursmethode is het blootstellen van het voorvlak van de substraat 2 aan de 15 waterstofionenbundel van een (brede) bundel ionenbron van het Kaufman-type, welke zich op een afstand van ongeveer 15 cm van het substraat bevindt. Tussen de ionenbron en het substraat wordt een masker 14 opgesteld.The cell is then passivated in hydrogen. A preferred method is to expose the front surface of the substrate 2 to the hydrogen ion beam of a (wide) beam ion source of the Kaufman type, which is located at a distance of about 15 cm from the substrate. A mask 14 is placed between the ion source and the substrate.
Deze ionenbron wordt bij voorleur bedreven bij een druk, gelegen tussen ongeveer 20 en 50 millitorr (waterstof) met een waterstof-20 stroomsnelheid van de orde van ongeveer 25-40 s.c.c.per minuut, bij een potentiaal van ongeveer 1700 V gelijkspanning tussen de bron en het substraat, en met een bundel stroom, welke is gelegen tussen ongeveer 1 en 3 mA/cm^ bij het substraat. Het is gebleken, dat een belichtingstijd, gelegen tussen ongeveer 1 en ongeveer 4 minuten adequaat 25 is om zowel de minderheidsdragerhercombinatieverliezen , welke zich meer in het bijzonder voordoet bij siliciumcellen van het EFG-type( waarbij wordt voorzien in een passiveringsgebied met een diepte van ongeveer 20 tot 80 micron of ongeveer 100 maal zo diep als de junctie 4) tot een minimum terug te brengen en tegelijkertijd te voorzien in een gewijzigde 30 oppervlaktelaag 18 met een diepte van bij benadering 200 & bij de vrij liggende gedeelten van het substraat 2.This ion source is operated at a pressure ranging between about 20 and 50 millitorr (hydrogen) at a hydrogen-20 flow rate of the order of about 25-40 sccper minute, at a potential of about 1700 V DC between the source and the substrate, and with a beam of current comprised between about 1 and 3 mA / cm 2 at the substrate. It has been found that an exposure time of between about 1 and about 4 minutes is adequate to cover both the minority carrier recombining losses, which is more particularly the case with EFG type silicon cells (providing a passivation region with a depth of about 20 to 80 microns or about 100 times as deep as the junction 4) and at the same time provide a modified surface layer 18 with a depth of approximately 200 & at the exposed portions of the substrate 2.
De exacte aard van de gewijzigde oppervlaktelaag 18 is niet bekend. Gemeend wordt, dat de laag een beschadigde zone vormt, waarin de de kristalstructuur iets is verbroken, waarbij het silicium gedeeltelijk 35 SiH of SiH^ met de waterstof uit de ionenbundel vormt doch waarbij het 8420337 -7- materiaal eventueel amorf is. Het blijkt, dat een kleine hoeveelheid koolstof of een of meer koolwaterstoffen nodig is voor de vorming van de gewenste gewijzigde oppervlaktelaag. Bij de eerste installatie werd de gebruikte ionenbron van het Kaufman-type voorzien van een 5 grafietondersteuning met een diameter van ongeveer 13 cm waarop de substraten, meer in het bijzonder van 5 - 10 cm centraal werden opgesteld. In sommige gevallen, waarbij een silicium ondersteuning in de plaats was van de grafietondersteuning, gedroeg de gewijzigde laag zich niet als een platteermasker op de wijze waarop dit het geval is wanneer 10 de grafietondersteuning wordt toegepast. Op basis hiervan wordt verondersteld, dat koolstof of koolwaterstofdamp, gevormd door het invallen van de waterstofionenbundel, op de grafietondersteuning, aan het oppervlak van de substraat een dielektrische laag kan vormen. Wat ook de aard van deze laag is, is het gebleken, dat een gewijzigde opper-15 vlaktelaag 18, die overeenkomstig deze procedure wordt gevormd bij versnellingsspanningen, gelegen tussen ongeveer 1400 en ongeveer 1700 V en belichttijden met een duur van b.v. 1 minuut, voldoende is om de daaropvolgende dompelingsplatteermetallisatie van het substraat over de gewijzigde laag 18 te beletten.The exact nature of the modified surface layer 18 is not known. It is believed that the layer forms a damaged zone in which the crystal structure is slightly broken, the silicon partially forming 35 SiH or SiH 2 with the hydrogen from the ion beam, but the 8420337 material being optionally amorphous. It appears that a small amount of carbon or one or more hydrocarbons is required to form the desired modified surface layer. At the first installation, the Kaufman type ion source used was provided with a graphite support with a diameter of about 13 cm on which the substrates, more particularly from 5 - 10 cm, were centrally arranged. In some instances where a silicon support replaced the graphite support, the modified layer did not behave like a plating mask the way it does when the graphite support is used. On this basis, it is believed that carbon or hydrocarbon vapor generated by the incidence of the hydrogen ion beam on the graphite support may form a dielectric layer on the surface of the substrate. Whatever the nature of this layer, it has been found that a modified surface layer 18 formed in accordance with this procedure at accelerating voltages between about 1400 and about 1700 V and exposure times of e.g. 1 minute is sufficient to prevent the subsequent dip plating metallization of the substrate over the modified layer 18.
20 Het masker 14 bestaat uit een metallisch raster met een patroon van de gewenste, van een aantal vingers voorziene roosterelektrode, b.v. een elektrode met de vorm, aangegeven in het Amerikaanse octrooi-schrift 3.686.036. Het masker 14 wordt bij voorkeur vervaardigd uit molybdeen ofschoon andere metalen, zoals invar, roestvrij staal, titaan, 25 nikkel of dergelijke, of grafiet of soortgelijke niet-metallische materialen voor hoge temperaturen eveneens kunnen worden toegepast.The mask 14 consists of a metallic grid with a pattern of the desired multi-fingered grid electrode, e.g. an electrode of the shape disclosed in U.S. Pat. No. 3,686,036. The mask 14 is preferably made of molybdenum, although other metals, such as invar, stainless steel, titanium, nickel or the like, or graphite or similar high temperature non-metallic materials may also be used.
Het masker 14 wordt ten opzichte van het voorvlaksubstraat 2 en de ionenbundelbron zodanig opgesteld, dat op het voorvlak 20 het gewenste elektroderoosterpatroon als een schaduw wordt geworpen wanneer de ionenbundel-30 bron wordt geactiveerd. Dat wil zeggen, dat het masker 14 de ionenbundel 16 volgens het gewenste elektroderoosterpatroon belemmert, terwijl een bestraling van het substraat in de tussen(¾ éLektrode gelegen gebieden mogelijk is.The mask 14 is positioned relative to the front surface substrate 2 and the ion beam source such that the desired electrode grid pattern is cast on the front surface 20 as a shadow when the ion beam source is activated. That is, the mask 14 interferes with the ion beam 16 according to the desired electrode grid pattern, while irradiating the substrate in the regions located between the electrodes.
Vervolgens vindt een metallisatie van de cel plaats. De beide 35 zijden van het substraat worden door onderdompleing met nikkel geplatteerd 8420337 -δέη een zich hechtende neerslag van een nikkel vormt een nikkellaag 22 aan de achterzijde over het gehele oppervlak van de aluminiumbekleding 10, terwijl door de zich hechtende neerslag van nikkel aan de voorzijde een nikkellaag 20 direct aan het oppervlak van het substraat 2 slechts 5 over die gebieden wordt gevormd, welke vrij zijn van de gewijzigde opper-vlaktelaag 18. Bij deze platteerstap vormt de gewijzigde oppervlaktelaag 18 van het sij-icium een platteermasker waaraan het nikkel zich niet hecht. Het dompelplatteren van de nikkellagen kan op verschillende wijzen geschieden. Bij voorkeur vindt dit plaats overeenkomstig een 10 dompel-nikkelplatteerproces als of overeenkomende met het proces, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift No. 4.321.283.The cell is then metallized. Both 35 sides of the substrate are plated with nickel plating 8420337 -δέη an adhesive nickel deposit forms a nickel layer 22 on the back over the entire surface of the aluminum cladding 10, while the adhesive nickel deposit on the front a nickel layer 20 directly on the surface of the substrate 2, only 5 is formed over those areas which are free from the modified surface layer 18. In this plating step, the modified surface layer 18 of the silicon forms a plating mask to which the nickel does not adhere close. Immersion plating of the nickel layers can be done in various ways. Preferably, this takes place in accordance with a dip-nickel plating process as or corresponding to the process described in U.S. Pat. 4,321,283.
De hier gebruikte uitdrukking"dompelplatteren" heeft betrekking op een proces, waarin een object wordt geplatteerd zonder gebruik te maken van een uitwendig elektrisch veld door het object in een 15 platteerbad te dompelen, dat geen reducerend middel bevat, en waarbij de plattering een verplaatsingsreactie omvat. In tegenstelling daarmee is de uitdrukking "elektrodeloosplatteren" betrekking op een plattering zonder gebruik te maken van een uitwendig aangelegd elektrisch veld door het te platteren voorwerp onder te dompelen in een platteerbad, 20 dat een reducerend middel bevat.The term "dip plating" as used herein refers to a process in which an object is plated without using an external electric field by immersing the object in a plating bath containing no reducing agent, and the plating includes a displacement reaction . In contrast, the term "electrodeless plating" refers to a plating without using an externally applied electric field by immersing the object to be plated in a plating bath containing a reducing agent.
Als een voorafgaande stap wordt het gereinigde silicium-substraatoppervlak vooraf geactiveerd met een geschikt middel. Deze vóór-activeringsprocedure is gewenst, aangezien het siliciumoppervlak dikwijls niet zelf het elektrodeloze platteerproces zal ondersteunen 25 en eventueel op een niet-behandeld oppervlak geplatteerd nikkel zich in het algemeen daaraan slechts op een zeer matige wijze hecht. Bij voorkeur wordt als activeringsmiddel goudchloride gebruikt, ofschoon platinachloride, tinchloride-palladiumchloride, of andere bekende activatoren kunnen worden toegepast, zoals b.v. is beschreven in het 30 Amerikaanse octrooischrift 3.489.603. Daarna worden de beide zijden van de siliciumstrook bekleed met een laag nikkel, bij voorkeur door de strook in een waterig bad te dompelen, zoals beschreven in het genoemde Amerikaanse octrooischrift 4.321.283, of in een waterig bad van nikkelsulfamaat en ammoniumfluoride bij een pH van ongeveer 2,9 35 en ongeveer bij kamertemperatuur gedurende een periode van ongeveer 2 tot 6 minuten.As a preliminary step, the cleaned silicon substrate surface is pre-activated with an appropriate agent. This pre-activation procedure is desirable since the silicon surface will often not support the electrodeless plating process itself, and nickel plated on an untreated surface will generally only adhere to it in a very moderate manner. Preferably, the activating agent is gold chloride, although platinum chloride, tin chloride palladium chloride, or other known activators may be used, such as e.g. is described in U.S. Pat. No. 3,489,603. Thereafter, both sides of the silicon strip are coated with a layer of nickel, preferably by dipping the strip in an aqueous bath as described in the aforementioned U.S. Patent 4,321,283, or in an aqueous bath of nickel sulfamate and ammonium fluoride at a pH of about 2.9 and about at room temperature for a period of about 2 to 6 minutes.
8420337 -9-8420337 -9-
Nadat het nikkel is aangebracht wordt het substraat in een inerte atmosfeer of in een mengsel van bijvoorbeeld stikstof en waterstof verhit tot een temperatuur en gedurende een tijd welke voldoende is om de nikkellagen te sinteren en te veroorzaken dat de nikkellaag 20 aan de voor 5 zijde van het substraat met het naastgelegen silicium reageert voor het vormen van een uit nikkelsilicium bestaand ohms contact. Hiertoe wordt het substraat bij voorkeur tot een temperatuur van ongeveer 300°C gedurende een periode van ongeveer 15 tot ongeveer 40 minuten verhit.After the nickel is applied, the substrate is heated in an inert atmosphere or in a mixture of, for example, nitrogen and hydrogen, to a temperature and for a time sufficient to sinter the nickel layers and cause the nickel layer 20 to form on the front side of the nickel. the substrate reacts with the adjacent silicon to form a nickel silicon ohmic contact. For this purpose, the substrate is preferably heated to a temperature of about 300 ° C for a period of about 15 to about 40 minutes.
Hierdoor verkrijgt men een nikkelsilicide laag met een diepte van ongeveer 10 300 8 aan het scheidingsvlak tussen de nikkellaag 20 en het substraat 2.De nikkellaag 22 aan de achterzijde vormt een legering met de aluminium-laag 10. De temperatuur van deze sinterstap dient 300°C niet sterk te overschrijden aangezien hogere temperaturen leiden tot een nikkellaag 20 met slechte kwaliteit en, zoals reeds is opgemerkt, er toe kunnen leiden, 15 dat een deel van de passiverende waterstof uit het substraatmateriaal diffundeert. Bij voorkeur wordt het neerslaan en het sinteren van het nikkel zodanig geregeld, dat de nikkellaag 20 aan de voorzijde van het substraat een dikte van niet meer dan ongeveer 750 8 heeft.This provides a nickel silicide layer with a depth of about 10 300 aan at the interface between the nickel layer 20 and the substrate 2. The nickel layer 22 at the back forms an alloy with the aluminum layer 10. The temperature of this sintering step should be 300 ° Do not exceed C strongly since higher temperatures lead to a nickel layer 20 of poor quality and, as already noted, may cause part of the passivating hydrogen to diffuse from the substrate material. Preferably, the deposition and sintering of the nickel is controlled such that the nickel layer 20 at the front of the substrate has a thickness of no more than about 750.
Vervolgens worden de nikkellagen 20 en 22 bij voorkeur onderworpen 20 aan een etsbehandeling, b.v. met salpeterzuur, en een verdere metallisatie, zoals met een tweede laag nikkel en een of meer lagen koper. Het extra nikkel wordt aangebracht door dompelplatteren, bij voorkeur op de wijze, zoals eerder is beschreven voor de vorming van de lagen 20 en 22, aangezien het toegevoegde nikkel slechts de lagen 20 en 22 zal platteren doch 25 niet de vrij liggende gebieden van de gewijzigde laag 18. Bij voorkeur wordt kopa: door dompelplattering en/of elektroplattering aangebracht, d.w.z. op een bekende wijze. Er is geen maskering van de gewijzigde laag 18 nodig, aangezien koper, gevormd door dompelplattering of elektroplattering, zich niet aan het gewijzigde oppervlak 18 zal hechten.The nickel layers 20 and 22 are then preferably subjected to an etching treatment, e.g. with nitric acid, and a further metallization, such as with a second layer of nickel and one or more layers of copper. The additional nickel is applied by dip plating, preferably in the manner previously described for the formation of layers 20 and 22, since the added nickel will flatten only layers 20 and 22 but not the exposed areas of the modified layer 18. Preferably, kopa: is applied by dip plating and / or electroplating, ie in a known manner. No masking of the modified layer 18 is required, since copper formed by dip plating or electroplating will not adhere to the modified surface 18.
30 Na de metallisering worden de celranden (niet weergegeven) bijgewerkt en wordt op het voorvlak van de cel een anti-reflectie bekleding 24 aangebracht. Dit kan op een van een aantal bekende wijzen geschieden, bijvoorbeeld door een chemische dampneerslag of verdamping van bijvoorbeeld TiC^. Een antireflectiebkleding 24 kan bijvoorbeeld 35 ook worden gevormd door de plasmaneerslag van siliciumnitride bij een temperatuur van ongeveer 150°C, zoals op zichzelf bekend is.After the metallization, the cell edges (not shown) are trimmed and an anti-reflective coating 24 is applied to the front face of the cell. This can be done in one of a number of known ways, for example by a chemical vapor deposition or evaporation of, for example, TiCl 2. For example, an anti-reflective coating 24 may also be formed by the plasma nitride plasma deposition at a temperature of about 150 ° C, as known per se.
8420337 * -10-8420337 * -10-
Bij wijze van voorbeeld omvat de voorkeursmethode volgens de uitvinding de bovenbeschreven individuele stappen in de gedetailleerd voor elke stap en in de aangegeven volgorde beschreven voorkeursmodus.By way of example, the preferred method of the invention includes the individual steps described above in the preferred mode described in detail for each step and in the order specified.
Het is vastgesteld, dat de zonnecellen die overeenkomstig het 5 bovengaande proces uit EFG-gegroeide stroken zijn vervaardigd, een toename in het gemiddelde rendement tussen 10 en 20% vertonen. Bovendien versmalt voor dit materiaal de waterstofpassiveringsstap de verdeling van de celrendementen op een geprononceerde wijze.It has been found that the solar cells made from EGG grown strips according to the above process show an increase in average efficiency between 10 and 20%. In addition, for this material, the hydrogen passivation step narrows the distribution of the cell yields in a pronounced manner.
Het is duidelijk, dat de werkwijze volgens de uitvinding 10 de vervaardiging van zonnecellen sterk vereenvoudigt. De werkwijze reduceert niet slechts het aantal stappen, dat bij het proces nodig is doch elimineert ook het gebruik van een grote hoeveelheid niet terug te winnen materiaal. Door derhalve het gebruik van een fotolak voor het vormen van een platteermasker voor de voorvlakelektroden te elimineren, 15 elimineert de werkwijze volgens de uitvinding de noodzaak tot het bekleden, belichten en ontwikkelen van een dergelijke lak, tezamen met de vereiste stap van het verwijderen van de resterende lak. Soortgelijke overwegingen gelden voor equivalente processen van chemisch "milling".It is clear that the method according to the invention greatly simplifies the production of solar cells. The method not only reduces the number of steps required in the process, but also eliminates the use of a large amount of non-recoverable material. Therefore, by eliminating the use of a photoresist to form a plating mask for the front surface electrodes, the method of the invention eliminates the need to coat, expose and develop such a varnish, along with the required step of removing the residual paint. Similar considerations apply to equivalent chemical milling processes.
Het is duidelijk, dat het boven gedetailleerd beschreven proces 20 binnen het kader van de uitvinding kan worden gewijzigd. Ofschoon derhalve bij de voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding gebruik wordt gemaakt van de gewijzigde laag, gevormd door de waterstofpassivering, om de daaropvolgende plattering te maskeren, behalve bij de eerder geplatteerd nikkel, kan de werkwijze bij andere 25 metalen dan nikkel worden toegepast. Het zal de vakman bijvoorbeeld duidelijk zijn, dat de initiële laag van de voorvlakelektroden bij een sili-ciuminrichting met ondiepe junctie kan worden aangebracht door dompel-plattering van een van een aantal materialen met geringe reactiviteit welke in staat zijn om (bij voorkeur bij een lage temperatuur) 30 een ohm's contact te vormen en als barrière te dienen voor de diffusie van koper of een andere basismateriaal, dat in een later stadium wordt aangebracht. Geschikte metalen ten gebruike bij koper omvatten palladium, platina, kobalt en rhodium evenals nikkel. Ofschoon al deze materialen siliciden vormen, is geen silicidelaag essentieel. Het is 35 evenwel van belang dat de initiële metaallaag zich op de juiste wijze hecht, als een ohms contact, en als een barrière voor de migratie van 8420337 * * -η- Λ eventueel metaal, dat later wordt aangebracht, werkt, terwijl het materi-* aal ook niet op een significante wijze naar de junctie zelf migreert.It is clear that the above-described process 20 can be modified within the scope of the invention. Therefore, although in the preferred embodiment of the process of the invention, the modified layer formed by the hydrogen passivation is used to mask subsequent plating, except for the previously plated nickel, the method may be used with metals other than nickel. For example, it will be appreciated by those skilled in the art that the initial layer of the front surface electrodes may be applied to a shallow junction silicon device by dip-plating any of a number of low reactivity materials capable of (preferably at low temperature) to form an ohmic contact and act as a barrier to the diffusion of copper or other base material to be applied at a later stage. Suitable metals for use with copper include palladium, platinum, cobalt and rhodium as well as nickel. Although all of these materials form silicides, no silicide layer is essential. However, it is important that the initial metal layer adheres properly, as an ohmic contact, and acts as a barrier to the migration of 8420337 * * -η- Λ any metal applied later, while the material is - * Either does not migrate significantly to the junction itself.
Binnen het kader van de uitvinding kunnen ook nog andere wijzigingen worden aangebracht door bijvoorbeeld (a) het P+ achter-5 zijdegebied van de cel te vormen onder gebruik van met een vlam gesproeid aluminium in plaats van aluminiumpasta, of (b) het gebruik van verschillende methoden voor het aanbrengen van de tweede en volgende bekledingen van nikkel of een ander materiaal met geringe reactiviteit, zoals palladium, platina, kobalt en rhodium, of (c) het vormen 10 van de junctie door ionenimplantatie. Indien op de gewijzigde laag geen maskeerlaag wordt aangebracht, moet het extra nikkel (of andere metaal met geringe reactiviteit van het beschreven type }door dompelplat-tering worden aangebracht.Within the scope of the invention, other modifications may also be made by, for example, (a) forming the P + back-5 side region of the cell using flame-sprayed aluminum instead of aluminum paste, or (b) using different methods for applying the second and subsequent coatings of nickel or other low reactivity material such as palladium, platinum, cobalt and rhodium, or (c) forming the junction by ion implantation. If no masking layer is applied to the modified layer, the additional nickel (or other low reactivity metal of the type described) should be applied by dip plating.
De werkwijze volgens de uitvinding is natuurlijk niet beperkt 15 tot de vervaardiging van zonnecellen uit EFG-substraten. Zo kunnen bijvoorbeeld gegoten polykristallijne substraten,epitaxiale silicium op silicium met metallurgische kwaliteit of polysiliciumlagen met hoge kwaliteit, gevormd door chemische of fysische dampneerslag, worden gebruikt voor het vormen van zonnecellen met relatief hoog rendement 20 volgens de uitvinding. Voorts is de werkwijze van toepassing op mono-kristallijn silicium. De werkwijze kan voorts ook worden toegepast bij zowel substraten van het N-type als van het P-type.The method according to the invention is of course not limited to the production of solar cells from EFG substrates. For example, cast polycrystalline substrates, epitaxial silicon on metallurgical grade silicon or high quality polysilicon layers formed by chemical or physical vapor deposition can be used to form relatively high efficiency solar cells according to the invention. Furthermore, the method applies to monocrystalline silicon. The method can furthermore also be applied to both N-type and P-type substrates.
Het is duidelijk dat in elk van deze gevallen de junctie door verschillende processen kan worden gevormd en niet slechts door een 25 fosfordiffusie.It is clear that in each of these cases the junction can be formed by different processes and not just by a phosphorus diffusion.
84203378420337
Claims (9)
Applications Claiming Priority (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US56313283A | 1983-12-19 | 1983-12-19 | |
US56313283 | 1983-12-19 | ||
US66697384A | 1984-10-31 | 1984-10-31 | |
US66697384 | 1984-10-31 | ||
US06/681,498 US4557037A (en) | 1984-10-31 | 1984-12-13 | Method of fabricating solar cells |
US68149884 | 1984-12-13 | ||
US8402066 | 1984-12-14 | ||
PCT/US1984/002066 WO1985002943A1 (en) | 1983-12-19 | 1984-12-14 | Method of fabricating solar cells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8420337A true NL8420337A (en) | 1985-11-01 |
Family
ID=27415906
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL8420337A NL8420337A (en) | 1983-12-19 | 1984-12-14 | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0165990A4 (en) |
AU (1) | AU573696B2 (en) |
CH (1) | CH668861A5 (en) |
DE (1) | DE3490611T1 (en) |
GB (1) | GB2162998B (en) |
NL (1) | NL8420337A (en) |
SE (1) | SE456626B (en) |
WO (1) | WO1985002943A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0167589A4 (en) * | 1983-12-19 | 1989-01-19 | Mobil Solar Energy Corp | Method of fabricating solar cells. |
US4650695A (en) * | 1985-05-13 | 1987-03-17 | Mobil Solar Energy Corporation | Method of fabricating solar cells |
TW201705239A (en) * | 2015-06-04 | 2017-02-01 | 愛美科公司 | Methods for forming metal electrodes on silicon surfaces of opposite polarity |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE791930A (en) * | 1971-12-02 | 1973-03-16 | Western Electric Co | ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING |
US4086102A (en) * | 1976-12-13 | 1978-04-25 | King William J | Inexpensive solar cell and method therefor |
US4124826A (en) * | 1977-03-01 | 1978-11-07 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Current confinement in semiconductor lasers |
US4238694A (en) * | 1977-05-23 | 1980-12-09 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Healing radiation defects in semiconductors |
US4224084A (en) * | 1979-04-16 | 1980-09-23 | Rca Corporation | Method and structure for passivating a semiconductor device |
US4321283A (en) * | 1979-10-26 | 1982-03-23 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Nickel plating method |
US4332253A (en) * | 1980-04-15 | 1982-06-01 | The Kendall Company | Disposable diaper and top sheet therefor |
DE3202484A1 (en) * | 1982-01-27 | 1983-08-04 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | METALIZED SEMICONDUCTORS AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION |
-
1984
- 1984-12-14 AU AU38890/85A patent/AU573696B2/en not_active Ceased
- 1984-12-14 EP EP19850900536 patent/EP0165990A4/en not_active Withdrawn
- 1984-12-14 DE DE19843490611 patent/DE3490611T1/en not_active Withdrawn
- 1984-12-14 WO PCT/US1984/002066 patent/WO1985002943A1/en not_active Application Discontinuation
- 1984-12-14 NL NL8420337A patent/NL8420337A/en unknown
- 1984-12-14 CH CH3597/85A patent/CH668861A5/en not_active IP Right Cessation
- 1984-12-14 GB GB08516878A patent/GB2162998B/en not_active Expired
-
1985
- 1985-08-16 SE SE8503835A patent/SE456626B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3490611T1 (en) | 1985-11-28 |
GB2162998A (en) | 1986-02-12 |
SE8503835D0 (en) | 1985-08-16 |
CH668861A5 (en) | 1989-01-31 |
SE8503835L (en) | 1985-08-16 |
GB8516878D0 (en) | 1985-08-07 |
AU573696B2 (en) | 1988-06-16 |
SE456626B (en) | 1988-10-17 |
AU3889085A (en) | 1985-07-12 |
EP0165990A1 (en) | 1986-01-02 |
EP0165990A4 (en) | 1989-01-19 |
WO1985002943A1 (en) | 1985-07-04 |
GB2162998B (en) | 1987-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4557037A (en) | Method of fabricating solar cells | |
US4612698A (en) | Method of fabricating solar cells | |
EP0002109B1 (en) | A method for the preparation of thin photoconductive films and of solar cells employing said thin photoconductive films | |
US5258077A (en) | High efficiency silicon solar cells and method of fabrication | |
US4609565A (en) | Method of fabricating solar cells | |
NL8420012A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS | |
JPH0520914B2 (en) | ||
US4024029A (en) | Electrodeposition | |
CN1030498A (en) | Method with fabricating solar cells with silicon nitride coating | |
JP2010520629A (en) | Solar cell manufacturing method and generated solar cell | |
MX2011001146A (en) | Crystalline silicon pv cell with selective emitter produced with low temperature precision etch back and passivation process. | |
US4691077A (en) | Antireflection coatings for silicon solar cells | |
EP0325606B1 (en) | Method of fabricating solar cells with anti-reflection coating | |
NL8420337A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS | |
US4650695A (en) | Method of fabricating solar cells | |
NL8420336A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS | |
AU574761B2 (en) | Method of fabricating solar cells | |
EP0086520B1 (en) | Method of depositing a metal | |
JPS61500757A (en) | How to manufacture solar cells | |
JPS61500755A (en) | How to manufacture solar cells |