RU2410794C2 - Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter - Google Patents

Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter Download PDF

Info

Publication number
RU2410794C2
RU2410794C2 RU2009111577/28A RU2009111577A RU2410794C2 RU 2410794 C2 RU2410794 C2 RU 2410794C2 RU 2009111577/28 A RU2009111577/28 A RU 2009111577/28A RU 2009111577 A RU2009111577 A RU 2009111577A RU 2410794 C2 RU2410794 C2 RU 2410794C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layers
doped
photoconverter
doped layers
radiation
Prior art date
Application number
RU2009111577/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009111577A (en
Inventor
Дмитрий Семенович Стребков (RU)
Дмитрий Семенович Стребков
Виталий Викторович Заддэ (RU)
Виталий Викторович Заддэ
Original Assignee
Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) filed Critical Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ)
Priority to RU2009111577/28A priority Critical patent/RU2410794C2/en
Publication of RU2009111577A publication Critical patent/RU2009111577A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2410794C2 publication Critical patent/RU2410794C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: invention relates to design and technology of making optoelectronic devices and specifically to photoelectric converters. The semiconductor photoconverter has a working surface on which radiation is incident, a base area made in form of a plate of p- or n-type semiconductor material and doped layers with high n+- and p+-conductivity, lying on two sides of the plate, contacts to said doped layers and antireflection coating on the working surface. On the surface of the base area free from n+- and p+ doped layers, there are micro-depressions, one, two or three linear dimensions of which are comparable to a quarter of the radiation wavelength, corresponding to maximum spectral density of the radiation. Parts of the base area between the micro-depressions have doped layers whose surface is covered with metal contacts. The width of the doped layers and contacts between the micro-depressions is equal to 5-10 nm. The micro-depressions have antireflecting coating with passivating properties with the following parameters: radiation absorption coefficient 0.94-0.99, rate of effective surface recombination of 1-20 cm/s. Disclosed also is a method of making said photoconverter. ^ EFFECT: invention provides high efficiency of converting intense radiation streams. ^ 6 cl, 4 dwg,1 ex

Description

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

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП в виде диодной структуры с р-n переходом на лицевой стороне, токосъемными металлическими контактами к легированному слою в форме гребенки, сплошным тыльным контактом и антиотражающим покрытием на лицевой (рабочей) стороне (Васильев A.M., Ландсман А.П. Полупроводниковые фотопреобразователи, 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 р-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 (Vasiliev AM, Landsman A.P. Semiconductor photoconverters, 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 р-n переходом на большей части лицевой стороны и глубоким р-n переходом под металлическими контактами (Green M.A., 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 р-n переходы и изотипные переходы (Sinton R.A., Swanson R.M. An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19th 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 in the form of alternating point strongly 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.

Известна конструкция ФП с двухсторонней рабочей поверхностью с диодной n+-р-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 конструкции 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 таких ФП.A known FP design with a two-sided working surface with an n + -p-p + diode structure, 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 charge carriers (US patent No. 3948682, CL 136/84, from 04/06/1976). The design drawback 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 such phase transitions.

В качестве прототипа принята конструкция фотопреобразователя с двухсторонней рабочей поверхностью, содержащего диодные структуры с n+-p (р+-n) переходами на лицевой поверхности кремниевой пластины и изотипными p-p+ (n-n+) переходами в базовой области на тыльной поверхности кремниевой пластины, у которого 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 скоммутированных контактами участков, совмещенных в плане на лицевой и тыльной поверхностях с участками, на которые нанесены контакты, расстояние между отдельными соседними участками с р+-n (n+-р) переходами, а также между отдельными соседними участками с р+-р (n+-n) изотипными переходами не превышает диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области, на поверхностях, свободных от n+-р (р+-n) переходов и р+-р (n+-n) изотипных переходов, выполнена пассивирующая диэлектрическая пленка.As a prototype, the design of a photoconverter with a double-sided working surface, containing diode structures with n + -p (p + -n) junctions on the front surface of the silicon wafer and isotype pp + (nn + ) junctions in the base region on the back surface of the silicon wafer, where the areas and configurations of metal contacts on the front and back surfaces coincide in plan, and the thickness of the photoconverter is commensurate with the diffusion length of minority current carriers in the base region, the diode structures are made in the form of separate sections connected by contacts, combined in plan on the front and back surfaces with areas on which the contacts are applied, the distance between separate adjacent sections with p + -n (n + -p) junctions, as well as between separate adjacent sections with p + -p (n + -n) isotype transitions does not exceed the diffusion length of minority current carriers in the base region, on surfaces free of n + -p (p + -n) junctions and p + -p (n + -n) isotype junctions made passivating dielectric film.

В прототипе способа изготовления фотоэлектрических преобразователей с двухсторонней рабочей поверхностью из пластин кремния, включающего химическое травление поверхности, создание на лицевой стороне пассивирующей антиотражающей пленки и окон в этой пленке, легирование кремния в окнах соответственно донорной и акцепторной примесью на глубину более 0,5 мкм для формирования р-n переходов с использованием термообработки и нанесение в окна металлического контакта, окна шириной 1-50 мкм создают в пассивирующей антиотражающей пленке из SixNy, размещают окна друг от друга на расстоянии, не превышающем удвоенную диффузионную длину, а от торца фотопреобразователя на расстоянии, не превышающем диффузионную длину неосновных носителей заряда в базовой области, и всю поверхность окон покрывают металлическим контактом, создают на тыльной стороне пассивирующую антиотражающую пленку SixNy, в пленке вскрывают окна шириной 1-50 мкм, совмещая в плане с окнами на лицевой поверхности, размещают окна друг от друга на расстоянии, не превышающем удвоенную диффузионную длину, а от торца фотопреобразователей на расстоянии, не превышающем диффузионную длину неосновных носителей заряда в базовой области, проводят легирование окон с использованием термообработки до образования изотипных переходов, всю поверхность кремния в окнах покрывают металлическим контактом (патент РФ №2331139 от 28.02.2007 г.).In the prototype of a method of manufacturing photovoltaic converters with a double-sided working surface from silicon wafers, including chemical etching of the surface, creation of a passivating antireflection film and windows on the front side of the film, doping of silicon in the windows, respectively, with a donor and acceptor impurity to a depth of more than 0.5 μm to form pn junctions using heat treatment and applying a metal contact into the windows, windows 1-50 microns wide are created in a passivating antireflection film of Si x N y , place the windows from each other at a distance not exceeding twice the diffusion length, and from the end of the photoconverter at a distance not exceeding the diffusion length of minority charge carriers in the base region, and cover the entire surface of the windows with a metal contact, create a passivating antireflection film Si x on the back N y , in the film open windows with a width of 1-50 μm, combining in plan with windows on the front surface, place windows from each other at a distance not exceeding doubled diffusion length, and from the end educators at a distance not exceeding the diffusion length of minority charge carriers in the base region, the windows are doped using heat treatment to form isotype transitions, the entire silicon surface in the windows is covered with a metal contact (RF patent No. 2331139 dated 02.28.2007).

Недостатком известной конструкции ФП является большое последовательное сопротивление в базовой области и снижение эффективности при преобразовании концентрированного излучения.A disadvantage of the known AF design is a large series resistance in the base region and a decrease in efficiency in the conversion of concentrated radiation.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности преобразования интенсивных потоков излучения.The task of the invention is to increase the conversion efficiency of intense radiation fluxes.

Технический результат достигается тем, что в полупроводниковом фотопреобразователе, содержащем рабочую поверхность, на которую падает излучение, базовую область, выполненную в виде пластины полупроводникового материала р- или n-типа проводимости и легированные слои с высокой проводимостью n+- и p+-типа, расположенные с двух сторон пластины, контакты к указанным легированным слоям и просветляющее покрытие на рабочей поверхности, на поверхности базовой области, свободной от легированных слоев n+- и р+-типа, выполнены микроуглубления, один, два или три линейных размера которых соизмеримы с одной четвертой длины волны, соответствующей максимальной спектральной плотности излучения, участки базовой области между микроуглублениями содержат легированные слои, поверхность которых покрыта металлическими контактами, ширина легированных слоев и контактов между микроуглублениями составляет 5-10 нм, микроуглубления содержат просветляющее покрытие с пассивирующими свойствами со следующими параметрами: коэффициент поглощения излучения 0,94-0,99, скорость эффективной поверхностной рекомбинации 1-20 см/сек.The technical result is achieved by the fact that in a semiconductor photoconverter containing a working surface on which radiation is incident, a base region made in the form of a plate of semiconductor material of p- or n-type conductivity and doped layers with high conductivity of n + and p + type, located on both sides of the plate, contacts to said doped layers and antireflection coating on the working surface, on the surface of the base region free of layers doped n + - and p + -type are formed micropitting, odi m, two or three linear sizes of which are commensurate with one fourth wavelength corresponding to the maximum spectral density of radiation, sections of the base region between microdeeps contain doped layers, the surface of which is covered with metal contacts, the width of the doped layers and contacts between microdeeps is 5-10 nm, microdepths contain an antireflection coating with passivating properties with the following parameters: radiation absorption coefficient 0.94-0.99, effective surface speed recombination 1-20 cm / sec.

В варианте исполнения полупроводникового фотопреобразователя базовая область из кремния содержит на рабочей и тыльной поверхностях микроуглубления в виде половинок микросфер с радиусом 0,2- 0,3 мкм, просветляющее покрытие выполнено из нитрида кремния с примесью водорода.In the embodiment of the semiconductor photoconverter, the silicon base region contains microspheres in the form of halves of microspheres with a radius of 0.2--0.3 μm on the working and back surfaces, and the antireflection coating is made of silicon nitride mixed with hydrogen.

В другом варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя микроуглубления на рабочей и тыльной поверхностях выполнены в форме квадратов, расположенных в виде ячеек в центрах прямоугольной контактной сетки.In another embodiment, the designs of the semiconductor photoconverter microdeep on the working and back surfaces are made in the form of squares arranged in the form of cells in the centers of a rectangular contact grid.

Еще в одном варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя микроуглубления в виде полуцилиндров и контактные слои выполнены в виде чередующихся протяженных структур, длина которых в 10-106 раз превышает их ширину.In another embodiment, the design of the semiconductor micro-cavity photoconverter in the form of half cylinders and contact layers are made in the form of alternating extended structures, the length of which is 10-10 6 times their width.

В способе изготовления полупроводникового фотопреобразователя путем создания на противоположных поверхностях базовой области, выполненной в виде полупроводниковой пластины, легированных слоев n+ - и p+-типа, нанесения металлических контактных слоев и просветляющего покрытия, после создания легированных слоев n+- и p+-типа и нанесения металлических контактных слоев производят селективное вскрытие окон в легированном и контактном слоях, соответствующее форме микроуглублений, и формируют микроуглубления в базовой области методом плазмохимического или химического травления, при этом ширина легированных слоев и контактов между микроуглублениями составит 5-10 нм, а один, два или три линейных размера сформированных микроуглублений соизмеримы с одной четвертой длины волны, соответствующей максимальной спектральной плотности излучения, затем на поверхности микроуглублений создают просветляющее и пассивирующее покрытия.In the method of manufacturing a semiconductor photoconverter by creating on the opposite surfaces of the base region, made in the form of a semiconductor wafer, doped layers of n + and p + type, deposition of metal contact layers and antireflection coating, after creating doped layers of n + and p + type and deposition of metal contact layers, selectively open windows in the doped and contact layers corresponding to the shape of microdepths, and form microdepths in the base region using the plasma method chemical or chemical etching, the width of the doped layers and contacts between microdeeps will be 5-10 nm, and one, two or three linear sizes of the formed microdeeps are commensurate with one fourth wavelength corresponding to the maximum spectral radiation density, then they create an antireflective and passivating coating.

Для снижения трудоемкости изготовления полупроводникового фотопреобразователя вскрытие окон проводят методом лазерной или алмазной гравировки.To reduce the complexity of manufacturing a semiconductor photoconverter, windows are opened by laser or diamond engraving.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-4, где на фиг.1 показана конструкция фотопреобразователя с микроуглублениями в базовой области в виде микросфер, на фиг.2 - микроуглубления в виде сотовой структуры, на фиг.3 - микроуглубления в виде квадратов, установленных в виде ячеек в центрах прямоугольной контактной сетки, на фиг.4 - вид в плане и поперечное сечение фотопреобразователя в виде чередующихся протяженных микроуглублений и р-n переходов с контактными полосами, длина которых в 10-106 превышает их ширину.The invention is illustrated in figures 1-4, where figure 1 shows the design of the photoconverter with microdepth in the base region in the form of microspheres, figure 2 - microdepth in the form of a honeycomb structure, figure 3 - microdepth in the form of squares installed in in the form of cells in the centers of a rectangular contact grid, Fig. 4 is a plan view and a cross-section of a photoconverter in the form of alternating extended microdeeps and pn junctions with contact strips whose length is 10-10 6 more than their width.

На фиг.1 фотопреобразователь состоит из пластины кристаллического кремния с базовой областью 1, участками диодных структур с n+-р (р+-n) переходами 2 на рабочей поверхности 3, изотипного р-р+ (n-n+) перехода 4 на тыльной поверхности 5, металлических контактов 6 по всей площади р+-n (n+-р) переходов 2 и металлических контактов 7 по всей площади изотипных p+-p (n+-n) переходов 4. p+-n (n+-р) переходы 2 и контакты 6 и 7 расположены на рабочей 3 и тыльной 5 поверхностях по периметру 8 микроуглублений 9, выполненных в виде половинок микросфер с радиусом r=0,1-0,2 мкм, которые содержат просветляющее покрытие 10 из нитрида кремния с пассивацией поверхности кремния водородом с параметрами: коэффициент поглощения излучения 0,92-0,99, скорость эффективной рекомбинации на поверхности микроуглублений 9 1-20 см/с. Толщина легированных слоев 11 на участках с р+-n (n+-р) переходами 2 и легированных слоев 12 на участках изотипного р-р+ (n-n+) перехода 4 составляет 0,2-1 мкм, ширина d легированных слоев 11 и 12 и металлических контактов 6 и 7 равна 5-10 нм.In Fig. 1, the photoconverter consists of a crystalline silicon wafer with a base region of 1, sections of diode structures with n + -p (p + -n) junctions 2 on the working surface 3, and an isotypic р-р + (nn + ) junction 4 on the back surface 5, metal contacts 6 over the entire area of p + -n (n + -p) junctions 2 and metal contacts 7 over the entire area of isotypic p + -p (n + -n) junctions 4. p + -n (n + -p ) transitions 2 and contacts 6 and 7 are located on the working 3 and back 5 surfaces around the perimeter 8 of microdepths 9, made in the form of halves of microspheres with a radius r = 0.1-0.2 μm, Some of them contain an antireflection coating 10 made of silicon nitride with passivation of the silicon surface with hydrogen with the following parameters: radiation absorption coefficient 0.92-0.99, effective recombination rate on the surface of microdeeps 9 9-20 cm / s. The thickness of the doped layers 11 in the regions with p + -n (n + -p) transitions 2 and the doped layers 12 in the regions of the isotype p-p + (nn + ) transition 4 is 0.2-1 μm, the width d of the doped layers 11 and 12 and metal contacts 6 and 7 is 5-10 nm.

На фиг.2 микроуглубления 9 выполнены в виде сотообразной структуры. По периметру 8 микроуглублений Р выполнены р-n переходы 2 и металлические контакты 6.In figure 2, microdepths 9 are made in the form of a honeycomb structure. Along the perimeter 8 of the micro-depressions P, pn junctions 2 and metal contacts 6 are made.

На фиг.3 микрополости 9 на рабочей поверхности 3 выполнены в форме квадратов, установленных в виде ячеек с границами в виде прямоугольной контактной сетки 13.In figure 3, the microcavities 9 on the working surface 3 are made in the form of squares installed in the form of cells with borders in the form of a rectangular contact grid 13.

На фиг.4 микроуглубления 9 выполнены в виде протяженных полос 14, длина l которых в 10-106 раз превышает их ширину D=2r. Контактные слои 15 и участки с р+-n (n+-р) переходами 16 расположены по периметру полос 14, и их ширина d в 10-20 раз меньше ширины микроуглублений 9. Микроуглубления протяженных полос 14 выполнены в виде полуцилиндров диаметром D=2r на рабочей 3 и на тыльной 5 поверхностях фотопреобразователя. Контактные слои 15 объединены с помощью поперечных контактных полос 77 на рабочей 3 и тыльной 5 поверхностях для отвода электроэнергии от фотопреобразователя во внешнюю сеть.In Fig. 4, microdeeps 9 are made in the form of extended strips 14, the length l of which is 10-10 6 times their width D = 2r. The contact layers 15 and sections with p + -n (n + -p) junctions 16 are located around the perimeter of the strips 14, and their width d is 10-20 times less than the width of the microdeeps 9. The microdeepings of the extended strips 14 are made in the form of half-cylinders with a diameter of D = 2r on the working 3 and on the back 5 surfaces of the photoconverter. The contact layers 15 are combined using transverse contact strips 77 on the working 3 and rear 5 surfaces to divert electricity from the photoconverter to an external network.

Фотопреобразователь работает следующим образом. Излучение попадает в микроуглубления 9, которые играют роль объемных резонаторов, в которых образуется стоячая электромагнитная волна. Под действием излучения в базовой области 7 генерируются неравновесные носители заряда: электроны и дырки. Неосновные носители заряда отталкиваются от тыльной стороны электрическим полем изотипного р-р+ (n-n+) перехода 4, собираются электрическим полем p+-n (n+-р) перехода 2 и через контакты 7 поступают к нагрузке (не показана). Просветляющее покрытие 10 на поверхности микроуглубления 9 увеличивает поглощение излучения до 92-99% и за счет пассивации поверхности микроуглублений 9 снижает скорость поверхностной рекомбинации до величины 1-20 см/с, в результате возрастает эффективность собирания неосновных носителей и увеличивается фототок.Photoconverter works as follows. The radiation falls into microdeeps 9, which play the role of volume resonators, in which a standing electromagnetic wave is formed. Under the action of radiation in the base region 7, nonequilibrium charge carriers are generated: electrons and holes. Minor charge carriers are repelled from the back by the electric field of the isotype p-p + (nn + ) junction 4, are collected by the electric field p + -n (n + -p) junction 2 and through the contacts 7 they go to a load (not shown). The antireflection coating 10 on the surface of the microdepth 9 increases the absorption of radiation to 92-99% and, due to the passivation of the surface of the microdepth 9, reduces the surface recombination rate to a value of 1-20 cm / s, as a result, the collection efficiency of minority carriers increases and the photocurrent increases.

Пример изготовления фотопреобразователяPhotoconverter manufacturing example

Используются пластины из монокристаллического или крупноблочного поликристаллического кремния толщиной 180 мкм р-типа с временем жизни 20 мкс. Путем диффузии на тыльной стороне 5 пластин создают изотипный р-р+ переход 4, а на лицевой поверхности 3 n+-р переход 2 с толщиной легированных слоев 11 около 1 мкм. На обе поверхности 3 и 5 фотопреобразователя наносят сплошной металлический контакт 6 и 7 из слоев никеля, меди и хрома. С помощью фотолитографии вытравливают металлические пленки 6 и 7 и легированные слои 11, создавая окна, соответствующие форме микроуглублений, и селективным плазмохимическим или химическим травлением создают микроуглубления 9 в базовой области 7 в соответствии с фиг.1-4. Затем производят пассивацию поверхности микроуглублений 9 водородом и нанесение просветляющей пленки 10 из нитрида кремния путем плазмохимического осаждения смеси моносилана и аммиака.Single-crystal or coarse-grained polycrystalline silicon wafers with a thickness of 180 μm p-type with a lifetime of 20 μs are used. By diffusion on the back side of the 5 plates, an isotypic pp + transition 4 is created, and on the front surface 3 the n + -p transition 2 with a thickness of the doped layers 11 is about 1 μm. On both surfaces 3 and 5 of the photoconverter, a continuous metal contact 6 and 7 of the layers of nickel, copper and chromium is applied. Using photolithography, the metal films 6 and 7 and the doped layers 11 are etched, creating windows corresponding to the shape of the microcavities, and microcavities 9 are created in the base region 7 in accordance with FIGS. 1-4 by selective plasma-chemical or chemical etching. Then passivation of the surface of the micro-depressions 9 with hydrogen is carried out and an antireflection film 10 of silicon nitride is applied by plasma-chemical deposition of a mixture of monosilane and ammonia.

Снижение себестоимости вскрытия окон достигается использованием вместо фотолитографии метода гравирования поверхности пластины лазером или алмазным инструментом.Reducing the cost of opening windows is achieved by using instead of photolithography the method of engraving the surface of the plate with a laser or diamond tool.

Рассмотренные конструкции и технологии изготовления позволяют создавать фотопреобразователи на основе кремния, германия, карбида кремния и других материалов, а также формировать n+ и p+ слои из полупроводников с большей шириной запрещенной зоны, чем в базовой области, создавая гетеропереходы типа кремний - аморфный кремний.The considered constructions and manufacturing technologies make it possible to create photoconverters based on silicon, germanium, silicon carbide, and other materials, as well as form n + and p + layers from semiconductors with a larger band gap than in the base region, creating silicon - amorphous silicon heterojunctions.

Для кремния радиус микроуглублений 9 составляет 0,2-0,3 мкм, для германия r=0,3-0,45 мкм, для карбида кремния r=0,1-0,15 мкм. Малые размеры микроуглублений Р, один, два или три линейных размера которых соизмеримы с одной четвертой длины волны излучения, позволяют использовать микроуглубления в качестве резонаторов электромагнитных волн и снижают омические потери в базовой области и повышают эффективность фотопреобразователя при преобразовании концентрированных потоков излучения.For silicon, the radius of microdeeps 9 is 0.2-0.3 microns, for germanium r = 0.3-0.45 microns, for silicon carbide r = 0.1-0.15 microns. The small sizes of microdeeps P, one, two or three linear sizes of which are comparable with one fourth of the radiation wavelength, allow the use of microdeeps as resonators of electromagnetic waves and reduce ohmic losses in the base region and increase the efficiency of the photoconverter when converting concentrated radiation fluxes.

Claims (6)

1. Полупроводниковый фотопреобразователь, содержащий рабочую поверхность, на которую падает излучение, базовую область, выполненную в виде пластины полупроводникового материала р- или n-типа проводимости, и легированные слои с высокой проводимостью n+- и p+-типа, расположенные с двух сторон пластины, контакты к указанным легированным слоям и просветляющее покрытие на рабочей поверхности, отличающийся тем, что на поверхности базовой области, свободной от легированных слоев n+- и p+-типа, выполнены микроуглубления, один, два или три линейных размера которых соизмеримы с одной четвертой длины волны, соответствующей максимальной спектральной плотности излучения, участки базовой области между микроуглублениями содержат легированные слои, поверхность которых покрыта металлическими контактами, ширина легированных слоев и контактов между микроуглублениями составляет 5-10 нм, микроуглубления содержат просветляющее покрытие с пассивирующими свойствами со следующими параметрами: коэффициент поглощения излучения 0,94-0,99, скорость эффективной поверхностной рекомбинации 1-20 см/с.1. A semiconductor photoconverter containing a working surface on which radiation is incident, a base region made in the form of a plate of semiconductor material of p- or n-type conductivity, and doped layers with high conductivity of n + and p + type, located on both sides plate contact to said doped layers and antireflection coating on the working surface, characterized in that on the surface of the base region free of layers doped n + - and p + -type are formed micropitting, one, two or three linear the sizes of which are commensurate with one fourth wavelength corresponding to the maximum spectral radiation density, sections of the base region between microdeeps contain doped layers, the surface of which is covered with metal contacts, the width of the doped layers and contacts between microdeeps is 5-10 nm, microdepths contain an antireflection coating with passivating properties with the following parameters: radiation absorption coefficient 0.94-0.99, effective surface recombination rate 1-20 cm / s. 2. Полупроводниковый фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что базовая область из кремния содержит на рабочей и тыльной поверхностях микроуглубления в виде половинок микросфер с радиусом 0,2-0,3 мкм, просветляющее покрытие выполнено из нитрида кремния с водородной пассивацией.2. The semiconductor photoconverter according to claim 1, characterized in that the silicon base region contains microspheres in the form of halves of microspheres with a radius of 0.2-0.3 μm on the working and back surfaces, the antireflection coating is made of silicon nitride with hydrogen passivation. 3. Полупроводниковый фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что микроуглубления на рабочей и тыльной поверхности выполнены в форме квадратов, установленных в виде ячеек в центрах прямоугольной контактной сетки.3. The semiconductor photoconverter according to claim 1, characterized in that the microdeeps on the working and back surfaces are made in the form of squares installed in the form of cells in the centers of a rectangular contact grid. 4. Полупроводниковый фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что микроуглубления в форме полуцилиндров и контактные слои выполнены в виде чередующихся протяженных структур, длина которых в 10-106 раз превышает их ширину.4. The semiconductor photoconverter according to claim 1, characterized in that the microcavities in the form of half cylinders and contact layers are made in the form of alternating extended structures, the length of which is 10-10 6 times their width. 5. Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя путем создания на противоположных поверхностях базовой области, выполненной в виде полупроводниковой пластины, легированных слоев n+- и p+-типа, нанесения металлических контактных слоев и просветляющего покрытия, отличающийся тем, что после создания легированных слоев n+- и p+-типа и нанесения металлических контактных слоев производят селективное вскрытие окон в легированном и контактном слоях, соответствующее форме микроуглублений, и формируют микроуглубления в базовой области методом плазмохимического или химического травления, при этом ширина легированных слоев и контактов между микроуглублениями составит 5-10 нм, а один, два или три линейных размера сформированных микроуглублений соизмеримы с одной четвертой длины волны, соответствующей максимальной спектральной плотности излучения, затем на поверхности микроуглублений создают просветляющее и пассивирующее покрытия.5. A method of manufacturing a semiconductor photoconverter by creating on the opposite surfaces of the base region, made in the form of a semiconductor wafer, doped n + - and p + -type layers, applying metal contact layers and an antireflective coating, characterized in that after creating the doped n + - layers and p + -type and deposition of metal contact layers selectively open windows in the alloyed and contact layers, corresponding to the shape of microdepths, and form microdepths in the base areas by plasma-chemical or chemical etching, the width of the doped layers and contacts between microdeeps is 5-10 nm, and one, two or three linear sizes of the formed microdeeps are comparable with one fourth wavelength corresponding to the maximum spectral radiation density, then create on the surface of the microdepths antireflective and passivating coatings. 6. Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя по п.5, отличающийся тем, что вскрытие окон проводят методом лазерной или алмазной гравировки. 6. A method of manufacturing a semiconductor photoconverter according to claim 5, characterized in that the opening of the windows is carried out by laser or diamond engraving.
RU2009111577/28A 2009-04-01 2009-04-01 Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter RU2410794C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111577/28A RU2410794C2 (en) 2009-04-01 2009-04-01 Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111577/28A RU2410794C2 (en) 2009-04-01 2009-04-01 Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009111577A RU2009111577A (en) 2010-10-10
RU2410794C2 true RU2410794C2 (en) 2011-01-27

Family

ID=44024544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009111577/28A RU2410794C2 (en) 2009-04-01 2009-04-01 Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2410794C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469439C1 (en) * 2011-06-23 2012-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Солнечный ветер" Method of making solar cell with double-sided sensitivity
RU2548402C1 (en) * 2013-12-17 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) Method of producing aluminium oxide-based photoconverter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469439C1 (en) * 2011-06-23 2012-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Солнечный ветер" Method of making solar cell with double-sided sensitivity
RU2548402C1 (en) * 2013-12-17 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) Method of producing aluminium oxide-based photoconverter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009111577A (en) 2010-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101627217B1 (en) Sollar Cell And Fabrication Method Thereof
RU2374720C1 (en) Photoelectric converter (versions) and method of making said converter
CA2784491C (en) Rear-contact heterojunction photovoltaic cell
KR20080044183A (en) Amorphous-crystalline tandem nanostructured solar cells
CN108666374B (en) Back passivation matrix point type laser fluting conducting structure
CN109461782A (en) P-type back contacted solar cell and preparation method thereof
Soley et al. Advances in high efficiency crystalline silicon homo junction solar cell technology
EP3688819B1 (en) Solar cells with transparent contacts based on poly-silicon-oxide
RU2410794C2 (en) Semiconductor photoconverter and method of making said photoconverter
RU2331139C1 (en) Photo-electric converter and method of its production (versions)
RU2408111C2 (en) Semiconductor photoelectric generator and method of making said generator
RU2417481C2 (en) Photo electric converter (versions) and method of its fabrication (versions)
US8436444B2 (en) Thin film photoelectric conversion device and method for manufacturing thin film photoelectric conversion device
RU92243U1 (en) SEMICONDUCTOR PHOTO CONVERTER (OPTIONS)
Rafat A simple analytical treatment of edge-illuminated VMJ silicon solar cells
JP2023033940A (en) Solar battery cell and solar battery
RU2444087C2 (en) Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions)
KR101772432B1 (en) SOLAR CELL USING MULTIBAND Si-Ge THIN FILM SILICON CRYSTAL AND EFFICIENCY IMPROVEMENT METHOD THEREOF
RU2419180C2 (en) Photoelectric converter (versions) and method of making said converter (versions)
CN202888183U (en) Solar cell adopting PN junction array for receiving light
RU2387048C1 (en) Photoelectric converter
KR101172619B1 (en) Solar cell having AlN passivation layer
CN202210532U (en) Silicon substrate nanostructure photovoltaic-thermoelectricity jointly convertible solar battery
RU215917U1 (en) Semiconductor photovoltaic converter
RU84625U1 (en) PHOTOELECTRIC CONVERTER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120402