RU2411607C1 - Method of making shunt diode for spacecraft solar batteries - Google Patents
Method of making shunt diode for spacecraft solar batteries Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411607C1 RU2411607C1 RU2009143760/28A RU2009143760A RU2411607C1 RU 2411607 C1 RU2411607 C1 RU 2411607C1 RU 2009143760/28 A RU2009143760/28 A RU 2009143760/28A RU 2009143760 A RU2009143760 A RU 2009143760A RU 2411607 C1 RU2411607 C1 RU 2411607C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working side
- substrate
- photosensitive layer
- thickness
- metallization
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении шунтирующих диодов для солнечных батарей космических аппаратов.The invention relates to the field of manufacturing discrete semiconductor devices and can be used in the manufacture of shunt diodes for solar panels of spacecraft.
Для обеспечения надежной работы солнечных батарей космических аппаратов применяется диодная защита, которая обеспечивается блокирующими и шунтирующими (байпасными) диодами. Солнечная батарея состоит из отдельных генераторов, включающих цепочки фотопреобазователей, внутри генераторов встречно-параллельно с фотопреобразователями устанавливают шунтирующие диоды.To ensure reliable operation of spacecraft solar panels, diode protection is used, which is provided by blocking and shunt (bypass) diodes. The solar battery consists of separate generators, including chains of photoconverters, shunt diodes are installed in parallel with the photoconverters inside the generators.
В последние годы на смену кремниевым пришли более эффективные фотопреобазователи, включающие несколько каскадов гетеропереходов, на основе соединений А3В5, которые выращены на германиевой подложке (см. P.R.Sharps, M.A.Stan, D.J.Aiken, B.Clevenger, J.S.Hills and N.S.Fatemi. HIGH EFFICIENCY, MULTI-JUNCTION CELLS WITH MONOLITHIC BYPASS DIODES. NASA/CP. 2005-213431, p.108-115).In recent years, silicon has been replaced by more efficient photoconverters, including several cascades of heterojunctions based on A 3 B 5 compounds grown on a germanium substrate (see PRSharps, MAStan, DJAiken, B. Clevenger, JSHills and NSFatemi. HIGH EFFICIENCY -JUNCTION CELLS WITH MONOLITHIC BYPASS DIODES. NASA / CP. 2005-213431, p.108-115).
Каждый такой фотопреобразователь защищается диодом, расположенным с преобразователем в одной плоскости, причем диод имеет такую же толщину, как и фотопреобазователь. Обычно в фотопреобазователе выполнены по углам срезы, в которых размещается диод треугольной формы (см. патенты на изобретения US 6353176, US 6034322, Cell Type: S By-Pass Diode. Azur Space Corp.Solar Power GMBH, заявку на изобретение US 2008/0000523).Each such photoconverter is protected by a diode located with the transducer in the same plane, the diode having the same thickness as the photoconverter. Typically, in the photoconverter, sections are made at the corners, in which the triangular diode is placed (see US Patents 6353176, US 6034322, Cell Type: S By-Pass Diode. Azur Space Corp.Solar Power GMBH, US 2008/0000523 )
Из уровня техники известен способ изготовления как дискретных приборов, так и интегральных схем, формируемых в полупроводниковой подложке, которая затем утоняется с помощью химического травления.The prior art method for the manufacture of both discrete devices and integrated circuits formed in a semiconductor substrate, which is then thinned by chemical etching.
Равномерность травления обеспечивается за счет формирования с обратной стороны пластины геттерирующего слоя и последующего геттерирующего отжига, которые позволяют уменьшить и упорядочить концентрацию микродефектов в объеме пластины. Геттерируюгций отжиг проводят перед утонением пластины и перед формированием активных областей, совмещая его с формированием активных областей при температуре 1100-1200°С в инертной или слабоокислительной среде в течение 1-4 ч. Подготовка к сборочным операциям включает в себя создание планарной поверхности с обратной стороны: после утонения обратной стороны пластины перед ее транспортировкой углубленные области заполняют легкоудаляемым полимерным материалом, например фоторезистом (см. патент РФ на изобретение 2109371).The etching uniformity is ensured by the formation of a gettering layer on the back side of the plate and subsequent getter annealing, which make it possible to reduce and order the concentration of microdefects in the volume of the plate. Getteriugic annealing is carried out before thinning the plate and before the formation of active regions, combining it with the formation of active regions at a temperature of 1100-1200 ° C in an inert or slightly oxidizing environment for 1-4 hours. Preparation for assembly operations includes the creation of a planar surface on the reverse side : after thinning the back of the plate before transportation, the recessed areas are filled with easily removable polymer material, for example a photoresist (see RF patent for invention 2109371).
К недостаткам известного способа изготовления относится низкая технологичность и воспроизводимость процесса изготовления из-за сложности защиты сформированной структуры на лицевой стороне подложки при ее утонении жидкостным химическим травлением в агрессивной среде.The disadvantages of the known manufacturing method include the low manufacturability and reproducibility of the manufacturing process due to the complexity of protecting the formed structure on the front side of the substrate when it is thinned by liquid chemical etching in an aggressive environment.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту техническим решением является способ изготовления шунтирующих диодов для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А3В5, включающий формирование структуры планарного диода, проведение всех термических операций, металлизацию лицевой стороны, операции фотолитографии, утонение обратной стороны жидкостным травлением, металлизацию обратной стороны и присоединение электропроводящих шин (см. Шунтирующие диоды для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А3В5. А.А.Басовский, Л.В.Анурова и др. Труды Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий». Под ред. Ю.М.Урличича, А.А.Романова.- М.: ФИЗМАТЛИТ. 2009 - 376, 357-363 стр.).The technical solution closest in technical essence and the effect achieved is a method for manufacturing shunt diodes for cascade photoconverters based on A 3 B 5 compounds, including forming a planar diode structure, performing all thermal operations, front metallization, photolithography operations, thinning of the back with liquid etching, metallization of the reverse side and the connection of electrically conductive buses (see Shunt diodes for cascade photoconverters based on the connection Yeniy A 3 B 5. A.A. Basovsky, L.V. Anurova, etc. Proceedings of the All-Russian Scientific and Technical Conference “Actual Problems of Rocket and Space Instrument Making and Information Technologies.” Edited by Yu.M. Urlichich, A.A. .Romanova.- M .: FIZMATLIT. 2009 - 376, 357-363 p.).
К недостаткам известного технического решения относится низкая воспроизводимость и технологичность из-за сложности защиты сформированной структуры на лицевой стороне подложки при ее утонении жидкостным травлением в агрессивной среде.The disadvantages of the known technical solutions include low reproducibility and manufacturability due to the complexity of protecting the formed structure on the front side of the substrate when it is thinned by liquid etching in an aggressive environment.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание способа изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов, позволяющего повысить воспроизводимость процесса изготовления и технологичность изделия.The technical result of the claimed invention is the creation of a method of manufacturing a shunt diode for solar panels of spacecraft, which improves the reproducibility of the manufacturing process and manufacturability of the product.
Отличительными признаками предложенного способа изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов являются следующие: утонение полученной структуры проводят после формирования на поверхности структуры планарного диода предварительно облученного УФ-лучом фоточувствительного слоя последовательно абразивной обработкой нерабочей стороны подложки, плазмохимическим травлением на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С, после чего фоточувствительный слой удаляют в проявителе, причем толщину фоточувствительного слоя выбирают из соотношения:The distinguishing features of the proposed method for manufacturing a shunt diode for spacecraft solar arrays are as follows: the obtained structure is thinned after the formation of a planar diode on the surface of the structure of the planar diode, a photosensitive layer previously irradiated with UV ray, by successive abrasive treatment of the non-working side of the substrate, by plasma-chemical etching to a depth of at least 10 μm at a temperature no more than 120 ° C, after which the photosensitive layer is removed in the developer, and the thickness of the photo the sensitive layer is selected from the ratio:
hфч≥hр,h FCH ≥h p
где hфч - толщина фоточувствительного слоя, hp - толщина металлизации на рабочей стороне подложки.where h ff is the thickness of the photosensitive layer, h p is the thickness of the metallization on the working side of the substrate.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором схематично (в виде поперечного сечения) представлена последовательность операций, иллюстрирующая предлагаемый способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов.The essence of the claimed technical solution is illustrated by the drawing, which schematically (in the form of a cross section) presents a sequence of operations illustrating the proposed method of manufacturing a shunt diode for solar panels of spacecraft.
На чертеже обозначены: эпитаксиальный слой (1) на кремниевой монокристаллической подложке n++(2), диэлектрическая изоляция (3), р+ слой (4), металлизация рабочей стороны (5), фоточувствительный слой (6), металлизация нерабочей стороны (7), электропроводящая шина рабочей стороны (8), электропроводящая шина нерабочей стороны (9), кристалл диода после резки (10).The drawing shows: epitaxial layer (1) on an n ++ silicon single crystal substrate (2), dielectric insulation (3), p + layer (4), metallization of the working side (5), photosensitive layer (6), metallization of the non-working side ( 7), the electrically conductive bus of the working side (8), the electrically conductive bus of the non-working side (9), the diode crystal after cutting (10).
Предложенный способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов состоит из следующей последовательности технологических операций: на рабочей стороне в эпитаксиальном слое (1) кремниевой монокристаллической подложки (2) (чертеж, а) создают слой диэлектрической изоляции (3), затем загонкой с последующей разгонкой формируют р-n-переход (1, 4), металлизацию (5) и фоточувствительной слой (6), который по всей поверхности облучают УФ-лучом (чертеж, в). Затем полученную структуру с нерабочей стороны подложки последовательно утоняют абразивной обработкой и плазмохимическим травлением на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С, удаляют фоточувствительный слой (6) и формируют металлизацию обратной стороны подложки (7) (чертеж, г), проводят резку подложки на кристаллы диодов (10) и сваркой присоединяют электропроводящие шины (8, 9) к металлизированным рабочей и нерабочей сторонам (8) кристалла (чертеж, д).The proposed method for manufacturing a shunt diode for solar panels of spacecraft consists of the following sequence of technological operations: on the working side in the epitaxial layer (1) of a silicon single-crystal substrate (2) (drawing, a) a layer of dielectric insulation (3) is created, then with a flap followed by acceleration form a pn junction (1, 4), metallization (5) and a photosensitive layer (6), which is irradiated with UV radiation over the entire surface (drawing, c). Then, the obtained structure from the non-working side of the substrate is successively thinned by abrasive treatment and plasma-chemical etching to a depth of not less than 10 μm at a temperature of not more than 120 ° C, the photosensitive layer (6) is removed and the metallization of the back side of the substrate (7) is formed (drawing, g), cutting the substrate into diode crystals (10) and by welding attach the electrically conductive busbars (8, 9) to the metallized working and non-working sides (8) of the crystal (drawing, e).
Предложенный способ был использован при реализации групповой технологии шунтирующих диодов солнечных батарей космических аппаратов. В качестве исходной подложки использовали монокристаллическую легированнную мышьяком низкоомную кремниевую подложку с высокоомным эпитаксиальным слоем диаметром 76 мм и толщиной 400 мкм. Поверхность эпитаксиального слоя покрывали слоем диоксида кремния, в котором методом фотолитографии формировали отверстия - окна. После этого методами диффузии формировали р-n-переход и методами вакуумного напыления и фотолитографии окончательно формировали металлизацию рабочей стороны на основе слоев никеля и серебра. Полученную структуру покрывали полностью фоточувствительным слоем, причем толщину фоточувствительного слоя выбирают из соотношения:The proposed method was used in the implementation of the group technology of shunting diodes of solar panels in spacecraft. A single-crystal arsenic-doped low-resistance silicon substrate with a high-resistance epitaxial layer with a diameter of 76 mm and a thickness of 400 μm was used as the initial substrate. The surface of the epitaxial layer was covered with a layer of silicon dioxide, in which holes — windows — were formed by photolithography. After this, a pn junction was formed by diffusion methods, and metallization of the working side based on layers of nickel and silver was finally formed by vacuum deposition and photolithography. The resulting structure was covered completely with a photosensitive layer, and the thickness of the photosensitive layer is selected from the ratio:
hфч≥hр,h FCH ≥h p
где hфч - толщина фоточувствительного слоя, hp - толщина металлизации на рабочей стороне подложки, в качестве которого использовали фоторезист толщиной не менее 2 мкм, сушили и облучали УФ-лучом. Затем подложку механически утоняли с нерабочей стороны абразивной обработкой до толщины 160 мкм и плазмохимическим травлением на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С. Указанные режимы выбирали исходя из соображений воспроизводимости технологического процесса (при формировании металлизации на нерабочей стороне и при резке на кристаллы на подложках образуются трещины, а при присоединении электропроводящих шин сваркой точка сварки вырывается вместе с кремнием, см. таблицу) и возможности удаления фоторезиста без его задубливания в процессе плазмохимического травления.where h fc is the thickness of the photosensitive layer, h p is the metallization thickness on the working side of the substrate, which was used as a photoresist with a thickness of at least 2 μm, dried and irradiated with UV radiation. Then the substrate was mechanically thinned from the non-working side by abrasive treatment to a thickness of 160 μm and by plasma-chemical etching to a depth of not less than 10 μm at a temperature of not more than 120 ° C. The indicated modes were chosen based on considerations of reproducibility of the technological process (cracks form on the non-working side and when cutting into crystals on the substrates, and when the busbars are connected by welding, the welding point breaks out with silicon, see the table) and the possibility of removing the photoresist without underfading in the process of plasma chemical etching.
В таблице представлено количество выходных годных диодов в зависимости от величины удаленного плазмохимическим травлением слоя.The table shows the number of output suitable diodes depending on the magnitude of the layer removed by plasma-chemical etching.
После этого, облученный фоторезист удаляли в проявителе и проводили формирование металлизации на основе трехслойной структуры, включающей слои ванадия или титана, никеля и серебра на нерабочей стороне. Затем подложку разделяли на кристаллы одним из стандартных промышленных способов, после чего точечной сваркой к кристаллам присоединяли серебряные электропроводящие шины.After that, the irradiated photoresist was removed in the developer and metallization was formed on the basis of a three-layer structure including layers of vanadium or titanium, nickel and silver on the non-working side. Then, the substrate was separated into crystals by one of the standard industrial methods, after which silver electroconductive buses were attached to the crystals by spot welding.
По предложенному способу изготавливали бескорпусные шунтирующие диоды треугольной формы (в плане) с обратным напряжением 100 В и прямым током 2 А для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А3В5.According to the proposed method, frameless shunt diodes of a triangular shape (in plan) with a reverse voltage of 100 V and a direct current of 2 A were made for cascade photoconverters based on A 3 B 5 compounds.
Предложенный способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов обеспечивает воспроизводимость технологического процесса и позволяет получать шунтирующие диоды, сформированные в едином технологическом цикле на одной подложке с идентичными характеристиками.The proposed method for manufacturing a shunt diode for solar panels of spacecraft provides reproducibility of the process and allows to obtain shunt diodes formed in a single technological cycle on the same substrate with identical characteristics.
Claims (1)
hфч≥hр, где
hфч - толщина фоточувствительного слоя, hp - толщина металлизации на рабочей стороне. A method of manufacturing a shunt diode for solar panels of spacecraft, including creating on the working side in the epitaxial layer of a silicon single-crystal substrate dielectric insulation, forming a pn junction with a header followed by acceleration, forming a metallization of the working side of the substrate, thinning of the substrate from the non-working side, metallization of the non-working side and attaching conductive tires, characterized in that the thinning of the substrate from the non-working side is carried out after forming on the working side of the substrate, the photosensitive layer irradiated with UV ray is sequentially abrasive and plasmochemical etching the non-working side, after which the photosensitive layer is removed in the developer, while the plasma-chemical etching is carried out to a depth of at least 10 μm at a temperature of not more than 120 ° C, and the thickness of the photosensitive layers are selected from the ratio
h FCH ≥h p, where
h fc is the thickness of the photosensitive layer, h p is the thickness of the metallization on the working side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143760/28A RU2411607C1 (en) | 2009-11-26 | 2009-11-26 | Method of making shunt diode for spacecraft solar batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143760/28A RU2411607C1 (en) | 2009-11-26 | 2009-11-26 | Method of making shunt diode for spacecraft solar batteries |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2411607C1 true RU2411607C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143760/28A RU2411607C1 (en) | 2009-11-26 | 2009-11-26 | Method of making shunt diode for spacecraft solar batteries |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2411607C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479888C1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-04-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method to manufacture shunting diode for solar batteries of spacecrafts |
| RU2656126C1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of manufacturing open frame diode for solar cells of space vehicles |
| RU2788507C1 (en) * | 2021-12-09 | 2023-01-20 | Леонид Владимирович Горохов | Quartz-on-silicon plate for producing backlit photodetector semiconductor apparatus, photodetector semiconductor apparatus and method for manufacture thereof |
-
2009
- 2009-11-26 RU RU2009143760/28A patent/RU2411607C1/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шунтирующие диоды для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А 3 В 5 . Басовский А.А. и др. Труды Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий», под ред. Ю.М.Урличича, А.А.Романова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, с.376, с.357-363. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479888C1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-04-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method to manufacture shunting diode for solar batteries of spacecrafts |
| RU2656126C1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of manufacturing open frame diode for solar cells of space vehicles |
| RU2788507C1 (en) * | 2021-12-09 | 2023-01-20 | Леонид Владимирович Горохов | Quartz-on-silicon plate for producing backlit photodetector semiconductor apparatus, photodetector semiconductor apparatus and method for manufacture thereof |
| RU2812236C1 (en) * | 2023-07-31 | 2024-01-25 | Леонид Александрович Мочалов | Method for producing epitaxial gallium oxide films on c-oriented sapphire |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW580773B (en) | Photovoltaic cell and method of manufacture of photovoltaic cells | |
| US4612408A (en) | Electrically isolated semiconductor integrated photodiode circuits and method | |
| US11456395B2 (en) | Interconnection of solar cells in a solar cell module | |
| CN110047946B (en) | Metal foil assisted fabrication of thin silicon solar cells | |
| US6500731B1 (en) | Process for producing semiconductor device module | |
| US11462337B2 (en) | Series and/or parallel connected alpha, beta, and gamma voltaic cell devices | |
| JP2001102523A (en) | Thin-film device and manufacturing method therefor | |
| JP2016532319A (en) | Alignment for metallization | |
| US4673770A (en) | Glass sealed silicon membrane solar cell | |
| WO1989005521A1 (en) | Solar cell panel | |
| US4948740A (en) | Method for the integrated series-interconnection of thick-film solar cells and method for the manufacture of tandem solar cells | |
| KR20190102204A (en) | High Performance Solar Cells, Arrays and Manufacturing Methods thereof | |
| CN101803038A (en) | Thin-film solar cell device and method for manufacturing the same | |
| RU2411607C1 (en) | Method of making shunt diode for spacecraft solar batteries | |
| US8536448B2 (en) | Zener diode within a diode structure providing shunt protection | |
| CN106409946A (en) | Crystalline silicon cell piece and preparation method thereof | |
| CN105470345A (en) | Preparation method of ultrathin polysilicon solar cell sheet | |
| US20210391492A1 (en) | Method for singulating a seminconductor component having a pn junction and semiconductor component havnig a pn junction | |
| RU2354008C1 (en) | Method for preparation of photoelectric transducer | |
| CN110896116B (en) | Crystalline silicon solar cell diffusion layer and preparation method thereof, cell and module | |
| JP5501225B2 (en) | Method for forming back contact of thin-layer photovoltaic cell | |
| JPH07169987A (en) | Manufacture process for photovoltaic module | |
| JP2002343995A (en) | Integrated type thin film element and manufacturing method therefor | |
| RU2611552C2 (en) | Photodetector (versions) and production method thereof | |
| Ford et al. | Development of light-trapped, interconnected, silicon-film modules |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161127 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20171204 |