RU2632267C2 - Structure of photoconverter based on crystalline silicon and its production line - Google Patents
Structure of photoconverter based on crystalline silicon and its production line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2632267C2 RU2632267C2 RU2016108626A RU2016108626A RU2632267C2 RU 2632267 C2 RU2632267 C2 RU 2632267C2 RU 2016108626 A RU2016108626 A RU 2016108626A RU 2016108626 A RU2016108626 A RU 2016108626A RU 2632267 C2 RU2632267 C2 RU 2632267C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- type
- silicon
- photoconverter
- type metal
- Prior art date
Links
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 31
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 18
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- -1 V2O7 Chemical compound 0.000 claims abstract description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 25
- 238000002161 passivation Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910015621 MoO Inorganic materials 0.000 abstract 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) oxide Inorganic materials [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
- H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer or HIT® solar cells; solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к структуре фотопреобразователей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния и к линии по производству фотопреобразователей.The invention relates to the field of semiconductor devices, and in particular to the structure of photoconverters based on single-crystal or polycrystalline silicon and to a line for the production of photoconverters.
Уровень техникиState of the art
Среди возобновляемых источников энергии фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в настоящее время признано самым перспективным. Дальнейшее развитие солнечной энергетики требует постоянного совершенствования характеристик фотопреобразовательных устройств (солнечных элементов). Наиболее успешным направлением развития технологий повышения КПД солнечных элементов представляется использование гетеропереходов между аморфным гидрогенизированным и кристаллическим кремнием (a-Si:H/c-Si), которые обладают всеми преимуществами солнечных элементов на основе кристаллического кремния, но могут быть изготовлены при низких температурах, что позволяет существенно снизить стоимость изготовления солнечных элементов на основе гетеропереходов.Among renewable energy sources, photoelectric conversion of solar energy is now recognized as the most promising. Further development of solar energy requires continuous improvement of the characteristics of photoconverting devices (solar cells). The most successful direction in the development of technologies for increasing the efficiency of solar cells is the use of heterojunctions between amorphous hydrogenated and crystalline silicon (a-Si: H / c-Si), which have all the advantages of solar cells based on crystalline silicon, but can be manufactured at low temperatures, which can significantly reduce the cost of manufacturing solar cells based on heterojunctions.
В настоящее время для пассивации поверхности кремниевых пластин при производстве солнечных модулей на основе гетероперехода (HJT технологии) используется метод плазмохимического осаждения из газовой фазы. Данный метод подразумевает осаждение пленки аморфного гидрогенизированного кремния путем разложения силана, разбавленного водородом, в высокочастотной плазме тлеющего разряда. При этом особенности процесса и конструкции реактора исключают возможность использования конвейерной линии и требуют переворота пластин для пассивации каждой стороны. Данные ограничения замедляют процесс производства и вызывают необходимость применения дополнительного оборудования, такого как переворотчик пластин.Currently, the method of plasma-chemical vapor deposition is used to passivate the surface of silicon wafers in the production of solar modules based on heterojunction (HJT technology). This method involves the deposition of a film of amorphous hydrogenated silicon by decomposition of silane diluted with hydrogen in a high-frequency glow discharge plasma. The features of the process and reactor design exclude the possibility of using a conveyor line and require flipping the plates to passivate each side. These restrictions slow down the production process and necessitate the use of additional equipment, such as flip plates.
Из уровня техники известен солнечный элемент, описанный в заявке РСТ (см. [1] WO 2014148443 (А1), МПК H01L 31/0236, опубл. 25.09.2014), содержащий монокристаллическую подложку кремния, текстурированную с двух сторон, на которые нанесен слой аморфного кремния толщиной 2-3 нм, на одном из слоев аморфного кремния нанесен слой легированного аморфного кремния р-типа толщиной 10-30 нм, а на другом слое аморфного кремния нанесен слой легированного аморфного кремния n-типа толщиной 10-30 нм.The prior art solar cell is described in PCT application (see [1] WO 2014148443 (A1), IPC H01L 31/0236, publ. 09/25/2014) containing a single-crystal silicon substrate, textured on two sides, on which a layer is applied amorphous silicon with a thickness of 2-3 nm, a layer of p-type doped amorphous silicon with a thickness of 10-30 nm is deposited on one of the amorphous silicon layers, and an n-type doped amorphous silicon layer with a thickness of 10-30 nm is deposited on another layer of amorphous silicon.
Известен способ получения фотоэлектрического элемента с нанесением пассивационного слоя методом PECVD процесса (см. [2] патент США №5935344, МПК H01L 31/04, опубл, 10.08.1999), однако недостатком такого нанесения является низкая производительность и необходимость переворота пластин для нанесения пассивационного покрытия с каждой стороны, а в случае применения реакторов большой площади необходимо применение дополнительных приспособлений, таких как держатели подложек.A known method of producing a photovoltaic element with a passivation layer by the PECVD process (see [2] US patent No. 5935344, IPC H01L 31/04, publ. 08/10/1999), however, the disadvantage of this application is the low productivity and the need to flip the plates for applying passivation coatings on each side, and in the case of large reactors, the use of additional devices, such as substrate holders, is necessary.
Также из уровня техники известен солнечный элемент, описанный в заявке США (см. [3] US 2015090317, МПК H01L 27/142, H01L 31/0224, опубл. 02.04.2015), содержащий фотоэлектрический преобразователь в виде пластины кристаллического кремния, покрытый проводящими слоями в виде аморфного кремния. В общем, заявка описывает HIT технологию с получением слоев p-i-n и n-i-p типа, при этом слои n- и р-типа получают PECVD методом. Недостатком аналога является ограниченный спектр материалов, который возможно получить PECVD технологией нанесения n-слоя.Also known from the prior art is a solar cell described in US application (see [3] US 2015090317, IPC H01L 27/142, H01L 31/0224, published 04/02/2015), containing a photovoltaic converter in the form of a plate of crystalline silicon coated with conductive layers in the form of amorphous silicon. In general, the application describes HIT technology to produce p-i-n and n-i-p type layers, wherein the n- and p-type layers are obtained by the PECVD method. The disadvantage of the analogue is the limited range of materials that can be obtained with PECVD n-layer deposition technology.
Известны способы формирования и получения кремниевых тонкопленочных модулей солнечного элемента (см. [4] патент РФ №2454751, МПК H01L 31/042, опубл. 27.06.2012, [3] патент РФ №2435874, МПК H01L 31/18, опубл. 10.12.2011), включающие использования горелки с высокочастотной индуктивно-связанной плазмой с индукционной катушкой, введение плазменного газа, выбранного из группы, состоящей из гелия, неона, аргона, водорода и их смесей, в упомянутую горелку с высокочастотной индуктивно-связанной плазмой для формирования плазмы внутри упомянутой катушки, впрыскивание химического реагента, например, состоящего из SiCl4, SiH4, SiHCl3, SiF4 соединений, содержащих кремний, в упомянутую горелку, и осаждение тонкопленочного слоя на поверхность кремниевой подложки при помощи горелки. Индуктивно-связанная плазма позволяет получить слои p-i-n и n-i-p типа.Known methods for the formation and production of silicon thin-film modules of a solar cell (see [4] RF patent No. 2454751, IPC H01L 31/042, publ. 27.06.2012, [3] RF patent No. 2435874, IPC H01L 31/18, publ. 10.12 .2011), including the use of a torch with a high-frequency inductively coupled plasma with an induction coil, the introduction of a plasma gas selected from the group consisting of helium, neon, argon, hydrogen and mixtures thereof, into the aforementioned torch with a high-frequency inductively coupled plasma to form a plasma inside the mentioned coil, chemical injection reagent, for example, consisting of SiCl 4 , SiH 4 , SiHCl 3 , SiF 4 compounds containing silicon, in the aforementioned burner, and the deposition of a thin film layer on the surface of the silicon substrate using a burner. Inductively coupled plasma provides pin and nip type layers.
Недостатком известного решения является использование атмосферного давления, что может затруднить получение пассивирующих слоев. При использовании горелки подразумевается наличие факела (его температура будет выше 200°С), что приведет к созданию дефектов на поверхности пластины.A disadvantage of the known solution is the use of atmospheric pressure, which may make it difficult to obtain passivating layers. When using a burner, it means the presence of a torch (its temperature will be above 200 ° C), which will lead to the creation of defects on the surface of the plate.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей заявленной группы изобретений является применение металлических оксидов в качестве n- и р-слоя солнечного модуля на основе кристаллического кремния.The objective of the claimed group of inventions is the use of metal oxides as the n - and p-layer of a solar module based on crystalline silicon.
Техническим результатом является повышение производительности, уменьшение габаритов производственной линии, исключение необходимости переворота пластин кремния в процессе производства.The technical result is to increase productivity, reduce the size of the production line, eliminating the need for flipping silicon wafers in the manufacturing process.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного результата предлагается структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния и линия по его производству.To solve the problem and achieve the stated result, a photoconverter structure based on crystalline silicon and a line for its production are proposed.
Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния включает: текстурированную поликристаллическую или монокристаллическую пластину кремния; пассивирующий слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на каждую сторону пластины кремния; р-слой; n-слой; контактные токосъемные слои в виде прозрачных проводящих оксидов; тыльный токосъемный слой в виде металлического непрозрачного проводящего слоя, при этом в качестве р-слоя и n-слоя применяют металлические оксиды соответственно р-типа и n-типа, при этом слои n-типа и р-типа, пассивирующий и токосъемный слои наносятся методом магнетронного распыления. В качестве металлического оксида n-типа используют оксид цинка (ZnO), или SnO2, Fe2O3, TiO2, V2O7, MnO2, CdO, или другие металлические оксиды n-типа. В качестве металлического оксида р-типа используют МоО, или СоО, Сu2О, NiO, Сr2О3, или другие металлические оксиды р-типа.The structure of a crystalline silicon-based photoconverter includes: a textured polycrystalline or single crystal silicon wafer; a passivating layer in the form of amorphous hydrogenated silicon deposited on each side of the silicon wafer; p-layer; n-layer; contact slip layers in the form of transparent conductive oxides; back current collector layer in the form of a metal opaque conductive layer, while p-type and n-type metal oxides are used as the p-layer and n-layer, while the n-type and p-type layers, the passivating and current-collecting layers are applied by the method magnetron sputtering. Zinc oxide (ZnO), or SnO 2 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , V 2 O 7 , MnO 2 , CdO, or other n-type metal oxides are used as the n-type metal oxide. As the p-type metal oxide, MoO, or CoO, Cu 2 O, NiO, Cr 2 O 3 , or other p-type metal oxides are used.
Линия по производству фотопреобразователя на основе кристаллического кремния, включающая последовательные операции, такие как: очистку и текстурирование пластин кристаллического кремния; нанесение пассивирующего слоя аморфного гидрогенизированного кремния на каждую сторону пластины кремния; нанесение р-слоя фотопреобразователя; нанесение n-слоя фотопреобразователя; нанесение контактных токосъемных слоев фотопреобразователя; нанесение тыльного токосъемного слоя; окончательная сборка, при этом выполняют последовательное магнетронное напыление пассивирующего слоя, р-слоя в виде металлического оксида р-типа, n-слоя в виде металлического оксида n-типа и токосъемных слоев методом магнетронного распыления. При этом может осуществляться магнетронное распыление кремниевой мишени в атмосфере силана и аргона с добавлением водорода. Ключевыми отличиями заявленного решения от аналогов является:A line for the production of a crystalline silicon-based photoconverter, including sequential operations, such as: cleaning and texturing crystalline silicon wafers; applying a passivating layer of amorphous hydrogenated silicon on each side of the silicon wafer; applying the p-layer of the photoconverter; application of the n-layer of the photoconverter; drawing contact slip layers of the photoconverter; drawing a back current-collecting layer; final assembly, while sequential magnetron sputtering of a passivating layer, a p-layer in the form of p-type metal oxide, an n-layer in the form of n-type metal oxide and current collector layers by magnetron sputtering are performed. In this case, magnetron sputtering of a silicon target in an atmosphere of silane and argon with the addition of hydrogen can be carried out. The key differences of the claimed solution from analogues is:
1. Исключение из технологической цепочки CVD методов (включая PECVD и LPCVD) и использование магнетронного распыления для получения всех слоев структуры (пассивирующего, р-слоя, n-слоя, токосьемных слоев). В связи с этим появляется возможность уменьшения габаритов производственной линии и повышения производительности.1. Exclusion from the process chain of CVD methods (including PECVD and LPCVD) and the use of magnetron sputtering to obtain all layers of the structure (passivating, p-layer, n-layer, current collector layers). In this regard, it becomes possible to reduce the dimensions of the production line and increase productivity.
2. Использование для получения пассивирующего слоя аморфного гидрогенизированного кремния метода магнетронного распыления.2. The use of magnetron sputtering to obtain a passivating layer of amorphous hydrogenated silicon.
3. Использование оксидов металлов для создания n- и р-слоев структуры фотопреобразователя.3. The use of metal oxides to create n- and p-layers of the photoconverter structure.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 - Технический процесс изготовления фотопреобразователя на основе кристаллического кремния.FIG. 1 - The technical process of manufacturing a photoconverter based on crystalline silicon.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Техническое решение представляет собой технологическую линейку, основанную на последовательном магнетронном напылении слоев, для изготовления фотопреобразователей на основе кристаллического кремния.The technical solution is a technological line based on sequential magnetron sputtering of layers for the manufacture of crystalline silicon-based photoconverters.
Линия по производству структуры фотопреобразователя на основе кристаллического кремния включает в себя подготовительные процессы, напыление пассивационных слоев, напыление р-слоя структуры фотопреобразователя, напыление n-слоя структуры фотопреобразователя, напыление контактных слоев фотопреобразователя, окончательную сборку фотопреобразователя.The crystalline silicon-based photoconverter structure production line includes preparatory processes, spraying passivation layers, sputtering the p-layer of the photoconverter structure, sputtering the n-layer of the photoconverter structure, sputtering the contact layers of the photoconverter, final assembly of the photoconverter.
В качестве исходных кремниевых кристаллических пластин кремния могут использоваться поликристаллические или монокристаллические пластины, полученные методом Чохральского, методом зонной плавки или другим методом.As the initial silicon crystalline silicon wafers, polycrystalline or single crystal wafers obtained by the Czochralski method, zone melting method or other method can be used.
Этап подготовительных процессов является стандартным процессом, содержащим очистку и текстурирование пластин кристаллического кремния, и может быть реализован различными способами, включая плазменные, химические и прочие процессы очистки и травления. Далее выполняют нанесение пассивирующего слоя аморфного гидрогенизированного кремния путем магнетронного распыления кремниевой мишени в атмосфере аргона с добавлением водорода и (или) силана, или других кремнийорганических соединений. Данная процедура в процессе производства фотопреобразователей на основе кристаллического кремния необходима для повышения времени жизни носителей заряда в пластине кремния. Затем производят нанесение р-слоя фотопреобразователя на основе металлического оксида р-типа методом магнетронного распыления. Данный этап необходим для формирования в объеме фотопреобразователя встроенного поля, служащего для разделения фотоиндуцированных носителей заряда и генерации фототока. В качестве металлического оксида р-типа используют МоО, или СоО, или Сu2О, или NiO, или Сr2О3, или другие металлические оксиды р-типа. Следом выполняют нанесение n-слоя фотопреобразователя на основе металлического оксида n-типа методом магнетронного распыления. Данный этап необходим для формирования в объеме фотопреобразователя встроенного поля, служащего для разделения фотоиндуцированных носителей заряда и генерации фототока. В качестве металлического оксида n-типа используют оксид цинка (ZnO), или SnО2, или Fe2О3, или ТiO2, или V2O7, или МnО2, или CdO, или другие металлические оксиды n-типа. Затем производят нанесение контактных токосъемных слоев фотопреобразователя также методом магнетронного распыления. Данный этап является стандартной процедурой, необходимой для эффективного токосъема с изготовленного фотопреобразователя. Как правило, используются прозрачные оксиды металлов, такие как оксид олова или индий-оловянный оксид (ITO). Также в качестве тыльного токосъема могут применяться металлические слои, играющие так же роль отражателя.The preparatory process stage is a standard process containing the cleaning and texturing of crystalline silicon wafers, and can be implemented in various ways, including plasma, chemical, and other cleaning and etching processes. Then, the passivation layer of amorphous hydrogenated silicon is deposited by magnetron sputtering of a silicon target in an argon atmosphere with the addition of hydrogen and (or) silane, or other organosilicon compounds. This procedure in the production process of crystalline silicon-based photoconverters is necessary to increase the lifetime of charge carriers in the silicon wafer. Then, the p-layer of the photoconverter based on the p-type metal oxide is applied by magnetron sputtering. This stage is necessary for the formation of an integrated field in the volume of the photoconverter, which serves to separate photoinduced charge carriers and generate a photocurrent. As the p-type metal oxide, MoO, or CoO, or Cu 2 O, or NiO, or Cr 2 O 3 , or other p-type metal oxides are used. Next, the deposition of the n-layer of the n-type metal oxide photoconverter is carried out by magnetron sputtering. This stage is necessary for the formation of an integrated field in the volume of the photoconverter, which serves to separate photoinduced charge carriers and generate a photocurrent. As the n-type metal oxide, zinc oxide (ZnO), or SnO 2 , or Fe 2 O 3 , or TiO 2 , or V 2 O 7 , or MnO 2 , or CdO, or other n-type metal oxides is used. Then, contact current collector layers of the photoconverter are applied also by magnetron sputtering. This stage is a standard procedure necessary for efficient current collection from a manufactured photoconverter. As a rule, transparent metal oxides such as tin oxide or indium tin oxide (ITO) are used. Also, metal layers, which also play the role of a reflector, can be used as the back current collector.
Этап окончательной сборки также является стандартным процессом и, в значительной, мере варьируется. Для снижения контактного сопротивления может использоваться сетка, нанесенная с помощью трафаретной печати или другим способом. Также контактные шины могут быть изготовлены по различным технологиям. Окончательная сборка может производиться по различным технологиям, с применением различных способов коммутации и капсуляции.The final assembly phase is also a standard process and varies greatly. To reduce contact resistance, a screen printed screen or other method can be used. Contact tires can also be manufactured using various technologies. Final assembly can be carried out using various technologies, using various switching and encapsulation methods.
Отличительной чертой данного изобретения от аналогов является совокупное применение в процессе нанесения слоев на этапах пассивации, нанесения р- и n-слоев и нанесения токосъемных слоев исключительно магнетронного напыления. Данное техническое решение позволяет повысить производительность процесса производства фотопреобразователей на основе кристаллического кремния, за счет:A distinctive feature of this invention from analogues is the combined use in the process of applying layers at the stages of passivation, applying p and n layers and applying current collector layers exclusively of magnetron sputtering. This technical solution allows to increase the productivity of the production process of photoconverters based on crystalline silicon, due to:
1. Сокращение технологического процесса и исключение этапа переворота пластин, необходимого при PECVD процессе осаждения.1. The reduction of the technological process and the elimination of the stage of the revolution of the plates required in the PECVD deposition process.
2. Возможность применение конвейерной системы.2. The possibility of using a conveyor system.
3. Высокая технологичность процессов магнетронного осаждения.3. High manufacturability of magnetron deposition processes.
Стоит также отметить, что данная технологическая цепочка не требует высокотоксичных газов, таких как фосфин или диборан, необходимых при формировании структуры методом PECVD осаждения.It is also worth noting that this process chain does not require highly toxic gases, such as phosphine or diborane, which are necessary for the formation of the structure by PECVD deposition.
Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния, полученная по вышеописанной линии, представляет из себя текстурированную поликристаллическую или монокристаллическую пластину кремния, которая со всех сторон пассивирована слоем в виде аморфного гидрогенизированного кремния. На верхнюю сторону пластины нанесен р-слой в виде металлического слоя р-типа. На нижнюю сторону пластины нанесен n-слой в виде металлического оксида n-типа. Поверх n- и р-слоев нанесены контактные токосъемные слои в виде прозрачных проводящих оксидов. С тыльной стороны нанесен тыльный токосъемный слой в виде металлического непрозрачного проводящего слоя. Причем слои n-типа и р-типа, пассивирующий и токосъемный слои наносятся методом магнетронного распыления.The structure of a crystalline silicon-based photoconverter obtained from the above line is a textured polycrystalline or single crystal silicon wafer, which is passivated from all sides by a layer in the form of amorphous hydrogenated silicon. A p-layer in the form of a p-type metal layer is deposited on the upper side of the plate. An n-layer in the form of an n-type metal oxide is deposited on the lower side of the plate. Above the n and p layers, contact collector layers are applied in the form of transparent conductive oxides. A back current collecting layer in the form of a metal opaque conductive layer is applied on the back side. Moreover, the n-type and p-type layers, passivating and current-collecting layers are applied by magnetron sputtering.
Claims (22)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016108626A RU2632267C2 (en) | 2016-03-10 | 2016-03-10 | Structure of photoconverter based on crystalline silicon and its production line |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016108626A RU2632267C2 (en) | 2016-03-10 | 2016-03-10 | Structure of photoconverter based on crystalline silicon and its production line |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016108626A RU2016108626A (en) | 2017-09-14 |
| RU2632267C2 true RU2632267C2 (en) | 2017-10-03 |
Family
ID=59893536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016108626A RU2632267C2 (en) | 2016-03-10 | 2016-03-10 | Structure of photoconverter based on crystalline silicon and its production line |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2632267C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2675069C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Structure of heterojunction photoelectric converter with anti-epitaxial sub-layer |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100243042A1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | JA Development Co., Ltd. | High-efficiency photovoltaic cells |
| US20120211079A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-23 | International Business Machines Corporation | Silicon photovoltaic element and fabrication method |
| WO2014148443A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 長州産業株式会社 | Photovoltaic element and manufacturing method therefor |
| RU2532137C2 (en) * | 2009-09-18 | 2014-10-27 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Solar cell, solar cell fabrication method and solar cell module |
-
2016
- 2016-03-10 RU RU2016108626A patent/RU2632267C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100243042A1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | JA Development Co., Ltd. | High-efficiency photovoltaic cells |
| RU2532137C2 (en) * | 2009-09-18 | 2014-10-27 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Solar cell, solar cell fabrication method and solar cell module |
| US20120211079A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-23 | International Business Machines Corporation | Silicon photovoltaic element and fabrication method |
| US20130244372A1 (en) * | 2011-02-23 | 2013-09-19 | International Business Machines Corporation | Silicon photovoltaic element and fabrication method |
| WO2014148443A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 長州産業株式会社 | Photovoltaic element and manufacturing method therefor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2675069C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Structure of heterojunction photoelectric converter with anti-epitaxial sub-layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016108626A (en) | 2017-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9812599B2 (en) | Method of stabilizing hydrogenated amorphous silicon and amorphous hydrogenated silicon alloys | |
| CN102044632B (en) | For the Zinc oxide film method and structure of CIGS battery | |
| CN104538464B (en) | Silicon heterojunction solar cell and manufacturing method thereof | |
| CN109216509A (en) | A kind of interdigitation back contacts heterojunction solar battery preparation method | |
| CN101593779A (en) | Tandem thin-film silicon solar cell and manufacture method thereof | |
| WO2007018934A2 (en) | Compositionally-graded photovoltaic device and fabrication method, and related articles | |
| CN102751371B (en) | Solar thin film battery and manufacturing method thereof | |
| CN103000742A (en) | Solar battery with band gap gradual changing silicon quantum dot multilayer film and production method thereof | |
| JP2011014874A (en) | Photovoltaic device and manufacturing method thereof | |
| CN101609796B (en) | Film forming method and method for manufacturing film solar battery | |
| CN102983215A (en) | Method for preparing silicon thin-film solar cells with silicon nano-wire structures | |
| RU2632267C2 (en) | Structure of photoconverter based on crystalline silicon and its production line | |
| CN103107240B (en) | Multi-crystal silicon film solar battery and preparation method thereof | |
| RU2632266C2 (en) | Heterostructure photoelectric converter based on crystalline silicon | |
| CN106887483A (en) | Silicon substrate heterojunction solar cell and preparation method thereof | |
| CN102157594B (en) | Superlattice quantum well solar battery and preparation method thereof | |
| US20140102522A1 (en) | A-si:h absorber layer for a-si single- and multijunction thin film silicon solar cell | |
| CN103107236B (en) | Heterojunction solar battery and preparation method thereof | |
| CN103178163A (en) | Manufacturing method of silicon-based grid-buried solar battery | |
| CN202977493U (en) | Polysilicon thin-film solar cell | |
| CN117276360B (en) | Novel crystalline silicon heterojunction solar cell structure and preparation method and application thereof | |
| CN103107235B (en) | Amorphous silicon thin-film solar cell and preparation method thereof | |
| JP2011018884A (en) | Photovoltaic device and manufacturing method thereof | |
| CN211828778U (en) | Compound passive film of PERC battery back | |
| CN102364703B (en) | Manufacturing method of noncrystalline silicon thin film solar cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180311 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190318 |