RU2374720C1

RU2374720C1 - Photoelectric converter (versions) and method of making said converter

Info

Publication number: RU2374720C1
Application number: RU2008115115/28A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков; Алексей Васильевич Чепа (RU); Алексей Васильевич Чепа; Александр Николаевич Кузнецов (RU); Александр Николаевич Кузнецов; Виталий Викторович Заддэ (RU); Виталий Викторович Заддэ
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-11-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: semiconductor photoconverter has on the working surface an antireflection coating, diode structure with a n⁺-p (p⁺-n) junction, isotype p-p+ (n-n⁺) junction in the base region on the back surface, metal contacts to both regions of the diode structure. Thickness of the base region is comparable to the diffusion distance of minority carriers in the base region. The diode structure is made in separate sections, connected by metal contacts. Distance between separate neighbouring diode structures is not greater than twice the diffusion distance of minority carriers in the base region. Width of the diode structures is 10 to 30 times less than the distance between neighbouring diode structures. On sections of the working surface under the antireflecting coating which are free from the diode structures, there is a 10 to 30 nm passivating, dielectric film on which nanoclusters are deposited. Also proposed is one more version of making a semiconductor photoconverter and a method of making the said semiconductor photoconverter.

EFFECT: increased efficiency and reduced cost of making the photoconverter.

5 cl, 3 ex, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФП).The invention relates to the field of design and manufacturing technology of optoelectronic devices, namely semiconductor photoelectric converters (FP).

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП в виде диодной структуры с p-n-переходом на лицевой стороне, токосъемными металлическими контактами к легированному слою в форме гребенки, сплошным тыльным контактом и антиотражающим покрытием на лицевой (рабочей) стороне (книга «Полупроводниковые фотопреобразователи» Васильев A.M., Ландсман А.П., М., «Советское Радио», 1971 г.). Процесс изготовления ФП основан на диффузионном легировании лицевой стороны фосфором, химическом осаждении никелевого контакта, избирательном травлении контактного рисунка и нанесении антиотражающего покрытия. Недостатком получаемых ФП является сравнительно большая глубина p-n-перехода и, как следствие, невысокое значение их КПД.A known design and method of manufacturing silicon phase transitions in the form of a diode structure with a pn junction on the front side, current collector metal contacts to the doped layer in the form of a comb, a solid back contact and an antireflection coating on the front (working) side (book "Semiconductor photoconverters" Vasiliev AM, Landsman A.P., M., "Soviet Radio", 1971). The FP manufacturing process is based on diffusion doping of the front side with phosphorus, chemical deposition of the nickel contact, selective etching of the contact pattern and the application of an antireflection coating. The disadvantage of the obtained phase transitions is the relatively large depth of the pn junction and, as a consequence, the low value of their efficiency.

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП с мелкозалегающим p-n-переходом на большей части лицевой стороны и глубоким p-n-переходом под металлическими контактами (Green М.А., Blakers A.W. et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987. - P.49-52). Процесс изготовления включает проведение следующих операций на лицевой стороне: диффузионное легирование на глубину менее 0,5 мкм, термическое окисление, лазерное скрайбирование канавок, химическое травление кремния в канавках, диффузионное легирование поверхности канавок на глубину более 1 мкм и электрохимическое осаждение никеля и меди в канавки. Недостатком получаемых ФП является увеличение толщины первоначально созданного легированного слоя во время диффузионного легирования канавок и, как следствие, недостаточно высокое КПД ФП.A known design and method of manufacturing silicon phase transitions with a shallow pn junction on most of the front side and a deep pn junction under metal contacts (Green MA, Blakers AW et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987 .-- P.49-52). The manufacturing process includes the following operations on the front side: diffusion alloying to a depth of less than 0.5 microns, thermal oxidation, laser scribing of grooves, chemical etching of silicon in the grooves, diffusion alloying of the surface of the grooves to a depth of more than 1 micron, and electrochemical deposition of nickel and copper into the grooves . The disadvantage of the resulting AF is an increase in the thickness of the initially created alloy layer during diffusion doping of the grooves and, as a consequence, the low efficiency of the AF.

Известна конструкция и способ изготовления ФП с окисной пленкой на лицевой стороне, свободной от легированных слоев и контактов, которые создаются на тыльной стороне в виде чередующихся, точечных, сильно легированных областей, образующих p-n-переходы и изотипные переходы (Sinton R.A., Swanson R.M. An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19^th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987. N.Y., 1987. - P.1201-1208). Недостатком этих ФП является необходимость неоднократного проведения операций фотолитографического травления, что усложняет процесс изготовления и повышает стоимость ФП.A known design and method for manufacturing a phase transition with an oxide film on the front side, free from doped layers and contacts, which are created on the back side in the form of alternating, point, heavily doped regions forming pn junctions and isotype transitions (Sinton RA, Swanson RM An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19 ^th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987. NY, 1987. - P.1201-1208). The disadvantage of these phase transitions is the need for repeated photolithographic etching operations, which complicates the manufacturing process and increases the cost of phase transitions.

В качестве прототипа принята конструкция ФП с двухсторонней рабочей поверхностью с диодной n⁺-p-p⁺ структурой, у которого конфигурация и площадь контактов на тыльной стороне совпадают в плане с конфигурацией и площадью контактов с рабочей стороны, а толщина базовой области не превышает диффузионную длину неосновных носителей заряда (патент США №3948682, кл. 136/84, от 06.04.1976 г.). Недостатком прототипа является наличие на всей рабочей и тыльной поверхностях сильно легированного слоя, верхние слои которого имеют очень низкую диффузионную длину неосновных носителей заряда, что снижает КПД ФП.As a prototype, the FP design with a two-sided working surface with a diode n ⁺ -pp ⁺ structure was adopted, in which the configuration and contact area on the back side coincide in plan with the configuration and contact area on the working side, and the thickness of the base region does not exceed the diffusion length of minority carriers charge (US patent No. 3948682, CL 136/84, 04/06/1976). The disadvantage of the prototype is the presence on the entire working and back surfaces of a heavily doped layer, the upper layers of which have a very low diffusion length of minority charge carriers, which reduces the efficiency of the phase transition.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД и снижение стоимости изготовления ФП.The task of the invention is to increase efficiency and reduce the cost of manufacturing FP.

Технический результат достигается тем, что в полупроводниковом фотопреобразователе, содержащем на рабочей поверхности антиотражающее покрытие, диодную структуру с n⁺-p (p⁺-n)-переходом, изотипным p-p⁺ (n-n⁺)-переходом в базовой области на тыльной поверхности, металлические контакты к обоим областям диодной структуры, при толщине базовой области, соизмеримой с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, диодная структура выполнена в виде отдельных участков, скоммутированных металлическими контактами, площади и конфигурации металлических контактов на рабочей поверхности совпадают в плане с диодными структурами, расстояние между отдельными соседними диодными структурами не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области, ширина диодных структур в 10-30 раз меньше расстояния между соседними диодными структурами и на свободных от диодных структур участках рабочей поверхности под антиотражающим покрытием выполнена пассивирующая, диэлектрическая пленка толщиной 10-30 нм, на которой нанесены нанокластеры из атомов кремния или металлов с линейным размером 10-100 нм при расстоянии между ними в 2-4 раза больше размеров нанокластеров.The technical result is achieved in that in a semiconductor photoconverter containing an antireflection coating on the working surface, a diode structure with an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction, an isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) junction in the base region on the back surface, metal contacts to both regions of the diode structure, with a thickness of the base region commensurate with the diffusion length of minority current carriers in the base region, the diode structure is made in the form of separate sections, commutated by metal contacts, area and configuration The positions of metal contacts on the working surface coincide in plan with diode structures, the distance between individual adjacent diode structures does not exceed twice the diffusion length of minority current carriers in the base region, the width of diode structures is 10-30 times less than the distance between adjacent diode structures and on free diode ones structures of the areas of the working surface under the antireflection coating made passivating, dielectric film with a thickness of 10-30 nm, on which are deposited nanoclusters of silicon atoms I or metals with a linear size of 10-100 nm with a distance between them 2-4 times larger than the sizes of nanoclusters.

В варианте конструкции фотопреобразователя с двухсторонней рабочей поверхностью, содержащей антиотражающее покрытие, диодную структуру с n⁺-p (p⁺-n)-переходом на лицевой поверхности кремниевой пластины и изотипными p-p⁺ (n-n⁺)-переходами в базовой области на тыльной поверхности кремниевой пластины, у которых площади и конфигурации металлических контактов на лицевой и тыльной поверхностях совпадают в плане, а толщина фотопреобразователя соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, диодные структуры выполнены в виде отдельных участков, скоммутированных металлическими контактами, совмещенных в плане на лицевой и тыльной поверхности с участками, на которые нанесены контакты, конфигурация и площадь изотипных p-p⁺ (n-n⁺)-переходов совпадает с конфигурацией и площадью диодных структур с n⁺-p (p⁺-n)-переходами на лицевой поверхности, расстояние между отдельными соседними участками с n⁺-p (p⁺-n)-переходами на лицевой поверхности не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области, на лицевой и тыльной поверхностях, свободных от контактов, под антиотражающим покрытием выполнена пассивирующая, диэлектрическая пленка толщиной 10-30 нм, на которой нанесены нанокластеры из атомов кремния или металлов с линейным размером 10-100 нм при расстоянии между ними в 2-4 раза больше размеров нанокластеров.In a design variant of a photoconverter with a double-sided working surface containing an antireflection coating, a diode structure with an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the front surface of the silicon wafer and isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) junctions in the base region on the silicon back surface plates, in which the areas and configurations of metal contacts on the front and back surfaces coincide in plan, and the thickness of the photoconverter is comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, diode structures are made us in the form of individual portions of switched metal contacts aligned in terms of the front and back surface portions, which are deposited on the contacts, the configuration and the area of isotype pp ^⁺ (nn ⁺⁾ transitions coincide with the configuration and the area of diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the front surface, the distance between separate adjacent sections with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the front surface does not exceed twice the diffusion length of minority carriers in the base region, on the front and back surfaces , its free from contacts, a passivating dielectric film 10–30 nm thick was made under an antireflection coating, on which nanoclusters of silicon or metal atoms with a linear size of 10–100 nm were deposited with a distance between them 2–4 times the size of nanoclusters.

Дополнительное увеличение КПД и снижение трудоемкости изготовления ФП достигается тем, что пассивирующая, диэлектрическая пленка и антиотражающее покрытие выполнены из одного материала.An additional increase in efficiency and a decrease in the complexity of manufacturing FP is achieved by the fact that the passivating, dielectric film and antireflection coating are made of the same material.

В способе изготовления полупроводникового фотопреобразователя с диодной структурой и металлическими контактами, включающем создание на рабочей поверхности легированного слоя, формирование на рабочей поверхности рисунка металлического контакта и нанесение антиотражающей пленки, легированный слой создают путем диффузии легирующей примеси на глубину 0,5-5 мкм, а после формирования рисунка металлического контакта из химически стойкого материала на участках, свободных от металлического контакта, удаляют легированный слой, и в процессе нанесения на эти участки пассивирующей, диэлектрической пленки антиотражающего покрытия, в нее вводят нанокластеры из атомов кремния или металлов диаметром 10-100 нм на расстоянии 40-400 нм между кластерами.In a method for manufacturing a semiconductor photoconverter with a diode structure and metal contacts, including creating a doped layer on the working surface, forming a metal contact on the working surface and applying an antireflection film, the doped layer is created by diffusing the dopant to a depth of 0.5-5 μm, and after forming a metal contact pattern from a chemically resistant material in areas free of metal contact, remove the doped layer, and in the process the application of a passivating, dielectric film of an antireflection coating to these areas, nanoclusters of silicon or metal atoms with a diameter of 10-100 nm are introduced into it at a distance of 40-400 nm between the clusters.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2 и 3, где в сечении показаны основные элементы конструкции ФП с одной рабочей поверхностью (фиг.1) и двумя рабочими поверхностями (фиг.2 и 3).The invention is illustrated in figures 1, 2 and 3, where the cross section shows the main structural elements of the FP with one working surface (figure 1) and two working surfaces (figure 2 and 3).

На фиг.1 ФП состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1, участками диодных структур 2 с n⁺-p (p⁺-n)-переходом на рабочей поверхности, изотипного p⁺-p (n⁺-n)-перехода 3 по всей тыльной стороне, металлических контактов 4 к p⁺-n (n⁺-p)-переходам и металлическому контакту 5 к изотопному n-n⁺ (p-p⁺)-переходу 3. Конфигурация и площадь диодных структур 2 с p⁺-n (n⁺-p)-переходами и контактов 4 совпадают в плане между собой. Расстояние l₁ между соседними участками диодных структур 2 с p⁺-n (n⁺-p)-переходами соизмеримо с удвоенной диффузионной длиной L неосновных носителей заряда в базовой области 1, т.е. диффузионной длиной электронов L_n в базовой области 1 p-типа или диффузионной длиной дырок L_p в базовой области 1 p-типа. Ширина участков диодных структур 2 с p⁺-n (n⁺-p)-переходами в 10-30 раз меньше расстояния l₁ между соседними участками диодных структур 2.In Fig. 1, the phase transition consists of a crystalline silicon wafer with a base region 1, sections of diode structures 2 with an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the working surface, an isotype p ⁺ -p (n ⁺ -n) junction 3 along the entire back side, metal contacts 4 to the p ⁺ -n (n ⁺ -p) junction and metal contact 5 to the isotopic nn ⁺ (pp ⁺ ) junction 3. Configuration and area of diode structures 2 with p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions and contacts 4 coincide in terms of each other. The distance l ₁ between adjacent sections of diode structures 2 with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions is comparable with the doubled diffusion length L of minority charge carriers in the base region 1, i.e. diffusion length of electrons L _n in the base region 1 p-type or diffusion length of holes L _p in the base region 1 p-type. The width of sections of diode structures 2 with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions is 10-30 times smaller than the distance l ₁ between adjacent sections of diode structures 2.

На рабочей поверхности в промежутке между участками диодных структур 2 нанесена пассивирующая, диэлектрическая пленка 6 толщиной 10-30 нм, например из двуокиси кремния, на пленке 6 расположены нанокластеры 7 из атомов кремния или металлов с линейным размером l₂=30-100 нм, расстояние l₃ между которыми в 2-4 раза превышает размеры нанокластеров, и поверх нанесена антиотражающая пленка 8, например, из нитрида кремния. В качестве металлических нанокластеров используют атомы серебра, золота, никеля и других металлов.A passivating, dielectric film 6 of a thickness of 10-30 nm, for example, silicon dioxide, is deposited on a working surface between the sections of diode structures 2, for example, nanoclusters 7 of silicon or metal atoms with a linear size of l ₂ = 30-100 nm are located on the film 6, the distance l ₃ between which is 2-4 times the size of nanoclusters, and an antireflection film 8, for example, of silicon nitride, is applied on top. As metal nanoclusters, atoms of silver, gold, nickel and other metals are used.

На фиг.2 ФП с двумя рабочими поверхностями состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1, участками диодных структур 2 с n⁺-p (p⁺-n)-переходом на рабочей поверхности, участков изотипного p⁺-p (n⁺-n)-перехода 3 на второй рабочей поверхности, расположенной на тыльной стороне ФП, металлических контактов 4 к p⁺-n (n⁺-p)-переходам и металлическому контакту 5 к изотипным n-n⁺ (p-p⁺)-переходам 3.In Fig.2 FP with two working surfaces consists of a crystalline silicon wafer with a base region 1, sections of diode structures 2 with an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the working surface, sections of the isotype p ⁺ -p (n ⁺ - n) junction 3 on the second working surface located on the back of the phase transition, metal contacts 4 to p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions and metal contact 5 to isotype nn ⁺ (pp ⁺ ) junctions 3.

Расстояние между участками с контактами 4 к p⁺-n (n⁺-p)-переходам равно расстоянию между контактами 5 к изотипному p-p⁺ (n⁺-n)-переходу и также равно расстоянию l₁ между участками с p⁺-n (n⁺-p)-переходами 2. На поверхности ФП с p⁺-n (n⁺-p)-переходами 2 и на противоположной поверхности ФП с изотипным p⁺-p (n⁺-n)-переходом 3, свободной от контактов 4 и 5, нанесена диэлектрическая, пассивирующая пленка 6, например, из двуокиси кремния. Толщина базовой области 1 ФП d не превышает диффузионную длину L ФП в базовой области 1, d≤L. Ширина участков диодных структур 2 с p⁺-n (n⁺-p)-переходами в 10-30 раз меньше расстояния l₁ между соседними участками диодных структур 2.The distance between the sites with contacts 4 to the p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions is equal to the distance between the contacts 5 to the isotypic pp ⁺ (n ⁺ -n) junctions and is also equal to the distance l ₁ between the sites with p ⁺ -n ( n ⁺ -p) junctions 2. On the surface of a phase transition with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions 2 and on the opposite surface of a phase transition with an isotypic p ⁺ -p (n ⁺ -n) juncture 3, free of contacts 4 and 5, a dielectric, passivating film 6 is applied, for example, of silicon dioxide. The thickness of the base region 1 of the AF d does not exceed the diffusion length L of the AF in the base region 1, d≤L. The width of sections of diode structures 2 with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions is 10-30 times smaller than the distance l ₁ between adjacent sections of diode structures 2.

На обеих рабочих поверхностях в промежутке между участками диодных структур 2 нанесена пассивирующая, диэлектрическая пленка 6 толщиной 10-30 нм, например из двуокиси кремния, на пленке 6 расположены нанокластеры 7 из атомов кремния или металлов с линейным размером l₂=30-100 нм, расстояние l₃ между которыми в 2-4 раза превышает размеры нанокластеров, и поверх нанесена антиотражающая пленка 8, например, из нитрида кремния. В качестве металлических нанокластеров используют атомы серебра, золота, никеля и других металлов.On both working surfaces in the interval between the sections of the diode structures 2 a passivating dielectric film 6 of a thickness of 10-30 nm, for example, silicon dioxide, is deposited, for example, nanoclusters 7 of silicon or metal atoms with a linear size of l ₂ = 30-100 nm are located on the film 6, the distance l ₃ between which is 2-4 times the size of the nanoclusters, and an antireflective film 8, for example, of silicon nitride, is applied on top. As metal nanoclusters, atoms of silver, gold, nickel and other metals are used.

На фиг.3 ФП с двумя рабочими поверхностями, в отличие от фиг.2, имеет в промежутке между участками диодных структур 2 пленку 8, например, из нитрида кремния, совмещающую функцию антиотражающего покрытия и пассивирующей кремний диэлектрической пленки. В пленке 8 на расстоянии 10-30 нм от поверхности кремния расположены нанокластеры 7 из атомов кремния или металлов с линейным размером l₂=30-100 нм, расстояние l₃ между которыми в 2-4 раза превышает размеры нанокластеров.In Fig. 3, an FP with two working surfaces, in contrast to Fig. 2, has a film 8, for example, silicon nitride, combining the function of an antireflection coating and a passivating silicon dielectric film, between the sections of the diode structures 2. In the film 8, at a distance of 10-30 nm from the silicon surface, there are nanoclusters 7 of silicon atoms or metals with a linear size l ₂ = 30-100 nm, the distance l ₃ between which is 2-4 times the size of the nanoclusters.

ФП работают следующим образом. Излучение попадает на одну или обе поверхности ФП, проникает в базовую область 1 и создает неравновесные пары носителей заряда: электроны и дырки. Другая часть излучения с длиной волны, соответствующей размеру нанокластеров и расстоянию между ними и поверхностью кремния, вызывает плазмонный резонанс и переизлучение падающего излучения в базовую область 1, увеличивая функцию генерации в области базы 1. Генерированные избыточные неравновесные неосновные носители заряда ускоряются электрическим полем изотипного p-p⁺-перехода 6 по направлению к p-n-переходу 2 и разделяются в электрическом поле n⁺-p-перехода 2 и через контактные участки 4 поступают в электрическую цепь, а затем замыкаются в контактах 5.FP work as follows. Radiation hits one or both of the surfaces of the phase transition, penetrates into base region 1, and creates nonequilibrium carrier pairs: electrons and holes. Another part of the radiation with a wavelength corresponding to the size of the nanoclusters and the distance between them and the silicon surface causes plasmon resonance and reradiation of the incident radiation in the base region 1, increasing the generation function in the region of the base 1. Generated excess nonequilibrium minority charge carriers are accelerated by an electric field of isotype pp ⁺ junction 6 towards the pn-transition and 2 are separated in an electric field n ⁺ -p-transition 2 and 4 through the contact portions come into the circuit, and then closed 5 contacts.

Возникновение максимального значения плазмонного резонанса под действием солнечного излучения наступает при условии, что внутри антиотражающего покрытия расположены нанокластеры из атомов кремния или металлов с линейным размером 10-100 нм при расстоянии между ними в 2-4 раза больше размеров нанокластеров, и нанокластеры отделены от поверхности кремния диэлектрическим слоем толщиной 10-30 нм. Нанокластеры из кремния по сравнению с металлическими нанокластерами позволяют снизить потери на поглощение солнечного излучения.The occurrence of the maximum plasmon resonance value under the action of solar radiation occurs under the condition that nanoclusters of silicon or metal atoms with a linear size of 10-100 nm are located inside the antireflection coating with a distance between them 2-4 times the size of the nanoclusters, and the nanoclusters are separated from the silicon surface a dielectric layer with a thickness of 10-30 nm. Silicon nanoclusters in comparison with metal nanoclusters can reduce losses on the absorption of solar radiation.

Благодаря выбору ширины диодных структур в 10-30 раз меньше расстояния между соседними диодными структурами, большая часть рабочей поверхности содержит нанокластеры, позволяющие в несколько раз увеличить чувствительность ФП в длинноволновой области спектра и снизить потери мощности, связанные со скоростью поверхностной рекомбинации под металлическими контактами и током утечки диодных структур малой площади.Due to the choice of the width of the diode structures 10-30 times less than the distance between adjacent diode structures, the majority of the working surface contains nanoclusters, which can increase the sensitivity of phase transitions in the long-wavelength region by several times and reduce the power losses associated with the surface recombination rate under metal contacts and current leakage of small area diode structures.

Примеры изготовления ФП.Examples of manufacturing FP.

Пример 1. Используются пластины из моно- или мультикристаллического кремния толщиной d=200 мкм p- или n-типа проводимости с диффузионной длиной свыше 200 мкм. Путем легирования на тыльной стороне создают изотипный переход, а на лицевой стороне p-n-переход. С помощью, например, вакуумной металлизации на обе стороны наносят металлическую пленку с верхним слоем из материала, например хрома, химически устойчивого по отношению к травителям кремния. С помощью фотолитографии по фотошаблону вытравливают металлическую пленку и легированный слой в промежутках между диодными структурами.Example 1. We use wafers of mono- or multicrystalline silicon with a thickness d = 200 μm of p- or n-type conductivity with a diffusion length of more than 200 μm. By doping, an isotype transition is created on the back side, and a p-n junction on the front side. Using, for example, vacuum metallization, a metal film is applied to both sides with an upper layer of a material, such as chromium, which is chemically resistant to silicon etch. Using photolithography, a metal film and a doped layer in the gaps between the diode structures are etched along a photomask.

На эту поверхность ФП, свободную от контактов 4 и легированного слоя 2, при нагревании наносят пассивирующую, диэлектрическую пленку двуокиси кремния 6 толщиной 10-30 нм, затем на обе поверхности ФП наносят нанокластеры 8 атомов серебра, золота или кремния с размером нанокластеров l₂, равным 40 нм, с расстоянием l₃ между нанокластерами 100 нм, и поверх нанокластеров наносят антиотражающую пленку 8, например из нитрида кремния типа Si_xN_y.On this surface of the phase transition free from contacts 4 and doped layer 2, a passivating, dielectric silicon dioxide 6 film 10–30 nm thick is deposited upon heating, then nanoclusters of 8 silver, gold or silicon atoms with nanocluster sizes l ₂ are deposited on both surfaces of the phase transition, equal to 40 nm, with a distance l ₃ between the nanoclusters of 100 nm, and an antireflection film 8 is applied over the nanoclusters, for example, of silicon nitride of the type Si _x N _y .

В результате получают ФП, изображенный на фиг.1, где на лицевой стороне контакты и участки с p-n-переходом занимают менее 10% площади поверхности лицевой стороны. Граница p-n-перехода заканчивается под пассивирующей пленкой Si_xN_y, что обеспечивает низкий ток утечки ФП. Большая часть лицевой стороны (более 90%) свободна от легированных слоев и имеет низкую скорость поверхностной рекомбинации за счет пленки двуокиси кремния. Дополнительно высокий КПД и увеличенный фототок обеспечиваются нанокластерами за счет резонанса и переизлучения расширенного диапазона падающего излучения в базовую область ФП.As a result, the phase transition shown in Fig. 1 is obtained, where on the front side the contacts and pn junction sections occupy less than 10% of the surface area of the front side. The boundary of the pn junction ends under a passivating Si _x N _y film, which ensures a low leakage current of the phase transition. Most of the front side (more than 90%) is free of doped layers and has a low surface recombination rate due to a film of silicon dioxide. Additionally, high efficiency and increased photocurrent are provided by nanoclusters due to resonance and reradiation of an extended range of incident radiation to the base region of the phase transition.

Пример 2. В отличие от примера 1 фотохимическое травление по фотошаблону и последующие операции по нанесению нанокластеров проводят на обеих сторонах пластин кремния. В результате получают ФП, изображенный на фиг.2, где примерно с равной эффективностью работают обе стороны ФП.Example 2. In contrast to example 1, photochemical etching according to the photomask and subsequent operations for applying nanoclusters are carried out on both sides of the silicon wafers. As a result, the AF shown in FIG. 2 is obtained, where both sides of the AF work with approximately equal efficiency.

Пример 3. В отличие от примера 2, для снижения трудоемкости изготовления вместо фотолитографии используется избирательное вакуумное напыление полосок контактов через прижимной трафарет, у которого ширина щелей в 10-30 раз меньше расстояния между соседними щелями. С помощью жидкостного или сухого плазменного травления удаляют легированный слой кремния в промежутке между полосками контактов и в вакуумной камере наносят антиотражающее покрытие, например нитрид кремния типа Si_xN_y, с одновременным осаждением нанокластеров из атомов золота, серебра или кремния. В результате получают ФП, изображенный на фиг.3, где примерно с равной эффективностью работают обе стороны ФП.Example 3. In contrast to example 2, instead of photolithography, a selective vacuum deposition of contact strips through a pressure cliche is used instead of photolithography, in which the width of the slots is 10-30 times less than the distance between adjacent slots. Using liquid or dry plasma etching, the doped silicon layer is removed between the contact strips and an antireflection coating is applied in the vacuum chamber, for example, silicon nitride of the type Si _x N _y , while the nanoclusters are deposited from gold, silver or silicon atoms. As a result, the AF shown in FIG. 3 is obtained, where both sides of the AF work with approximately equal efficiency.

Следует отметить, что указанные примеры осуществления никак не ограничивают притязания заявителя, которые могут быть определены прилагаемой формулой изобретения, и множество модификаций и усовершенствований может быть сделано в рамках настоящего изобретения. Например, рассмотренные конструкции и технологии изготовления ФП позволяют создавать ФП с двухсторонней рабочей поверхностью, у которых фототок и КПД отличаются при освещении с каждой стороны не более чем на 20%, а также ФП, прозрачные для инфракрасной части спектра излучения, лежащей за краем λ₀ собственного поглощения, λ₀≥1,1 мкм для кремния и λ₀>1,8 мкм для германия.It should be noted that these examples of implementation do not limit the claims of the applicant, which can be determined by the attached claims, and many modifications and improvements can be made in the framework of the present invention. For example, the considered constructions and manufacturing techniques of FPs make it possible to create FPs with a two-sided working surface, in which the photocurrent and efficiency differ by no more than 20% when illuminated on each side, and also FPs that are transparent to the infrared part of the radiation spectrum lying at the edge of λ ₀ intrinsic absorption, λ ₀ ≥1.1 μm for silicon and λ ₀ > 1.8 μm for germanium.

Достоинством предложенной конструкции является малый темновой ток насыщения и низкая скорость поверхностной рекомбинации на поверхностях ФП, которые влияют на фотоЭДС V₀ и фототок I_ф.The advantage of the proposed design is a small dark saturation current and a low surface recombination rate on the surfaces of the phase transitions, which affect the photo emf V ₀ and the photocurrent I _f .

ФотоЭДС определяется выражением:Photo-emf is determined by the expression:

где А - коэффициент;where A is the coefficient;

к - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;

Т - температура ФП;T is the temperature of the phase transition;

q - заряд электрона;q is the electron charge;

I_s - темновой ток насыщения.I _s is the dark saturation current.

где j_s - плотность темнового тока насыщения, А/см²;where j _s is the density of the dark saturation current, A / cm ² ;

S_p-n - площадь участков с p⁺-n (n⁺-p)-переходом;S _pn is the area of sites with a p ⁺ -n (n ⁺ -p) junction;

где j_ф - плотность фототока, А/см²; S_ФП - площадь ФП.where j _f is the photocurrent density, A / cm ² ; S _FP - the area of the FP.

Для обычного планарного ФП S_р-n=S_ф. Для предлагаемой конструкции двухстороннего ФП площадь ФП удваивается, а площадь участков с p-n-переходами составитFor a conventional planar AF S _{p -n} = S _f . For the proposed design of a two-sided phase transition, the square of the phase doubles, and the area of sections with pn junctions is

Подставляя (2), (3) и (4) в (1), получим, что отношение

увеличивается в 20 раз по сравнению со значением для обычного планарного ФП, что и приводит к увеличению фотоЭДС и рабочего напряжения ФП. Сильнолегированные участки с p⁺-n (n⁺-p)-переходами имеют более высокую скорость поверхностной и объемной рекомбинации, снижающей фототок. Снижение площади этих участков с p⁺-n (n⁺-p)-переходами снижает рекомбинационные потери и увеличивает фототок и КПД ФП.Substituting (2), (3) and (4) in (1), we obtain that the ratio

increases by 20 times compared with the value for a conventional planar AF, which leads to an increase in the photo-emf and the working voltage of the AF. Highly-doped regions with p ^⁺ -n (n ⁺ -p) junctions have a higher rate of surface and bulk recombination, reducing photocurrent. The decrease in the area of these sites with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions reduces the recombination losses and increases the photocurrent and the efficiency of the phase transition.

Claims

1. A semiconductor photoconverter containing an antireflection coating on the working surface, a diode structure with an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction, an isotype p-p ⁺ (nn ⁺ ) junction in the base region on the back surface, metal contacts to both regions of the diode structure, with a thickness of the base region comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, characterized in that the diode structure is made in the form of separate sections commutated by metal contacts, the area and configuration of the metal the contacts on the working surface coincide in plan with the diode structures, the distance between individual adjacent diode structures does not exceed twice the diffusion length of minority current carriers in the base region, the width of the diode structures is 10-30 times less than the distance between adjacent diode structures and in areas free of diode structures a passivating, dielectric film 10-30 nm thick, on which nanoclusters of silicon or metal atoms are deposited, are made under the antireflection coating eynym size of 10-100 nm at a distance of between 2-4 times greater nanocluster sizes.

2. The semiconductor photoconverter according to claim 1, characterized in that the passivating, dielectric film and antireflection coating are made of one material.

3. A semiconductor photoconverter containing an antireflection coating, a diode structure with an n ⁺ -p (p ⁺ -n) junction on the front surface of the silicon wafer and isotype p-p ⁺ (nn ⁺ ) junctions in the base region on the back surface of the silicon wafer, in which the areas and configurations of the metal contacts on the front and back surfaces coincide in plan, and the thickness of the photoconverter is comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, characterized in that the diode structures are made as separate of sections connected by metal contacts, aligned in plan on the front and back surfaces with areas on which the contacts are applied, the configuration and area of isotypic p ⁺ (nn ⁺ ) junctions coincides with the configuration and area of diode structures with n ⁺ -p ( p ⁺ -n) transitions on the front surface, the distance between separate adjacent sections with n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions on the front surface does not exceed twice the diffusion length of minority current carriers in the base region, on the front and back surfaces, free from ntaktov under an antireflection coating formed passivation dielectric 10-30 nm thick film on which deposited nanoclusters of silicon or metal atoms with a linear size of 10-100 nm at a distance of between 2-4 times greater nanocluster sizes.

4. The semiconductor photoconverter according to claim 3, characterized in that the passivating, dielectric film and antireflection coating are made of one material.

5. A method of manufacturing a semiconductor photoconverter with a diode structure and metal contacts, including creating a doped layer on the working surface, forming a metal contact on the working surface and applying an antireflection coating, characterized in that the doped layer is created by diffusing the dopant to a depth of 0.5- 5 μm, and after the formation of the metal contact pattern from a chemically resistant material in areas free of metal contact, the dope is removed layer, and in the process of applying a passivating, dielectric film, antireflection coating to these areas, nanoclusters of silicon or metal atoms with a diameter of 10-100 nm at a distance of 40-400 nm between the clusters are introduced into it.