RU92243U1

RU92243U1 - SEMICONDUCTOR PHOTO CONVERTER (OPTIONS)

Info

Publication number: RU92243U1
Application number: RU2009144025/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков; Алексей Васильевич Чепа; Александр Николаевич Кузнецов; Виталий Викторович Заддэ
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии"
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-03-10

Abstract

1. Полупроводниковый фотопреобразователь, содержащий базовую область, выполненную в виде пластины полупроводникового материала p-или n-типа проводимости, диодные структуры с n+-p (p+-n) переходами на рабочей поверхности, на которую падает излучение, и изотипные p-p+ (n-n+) переходы на противоположной поверхности, плоскости p+-n (n+-p) переходов и изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, p+-n (n+-p) переходы выполнены в виде отдельных участков, скоммутированных с помощью контактов к легированному слою, расстояние между отдельными участками с p+-n (n+-p) переходами не превышает удвоенной диффузионной длины неосновных носителей заряда в базовой области, отличающийся тем, что фотопреобразователь на рабочей поверхности в базовой области, свободной от p+-n (n+-p) переходов, содержит изолированные области с дополнительными изотипными p-p+ (n-n+) переходами, которые выполнены между каждыми двумя соседними участками с p+-n (n+-p) переходами, плоскости дополнительных изолированных изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, над дополнительными изотипными переходами расположены контактные полосы, которые изолированы от дополнительных изотипных переходов пассивирующей окисной пленкой и соединены изолированной от базовой области контактной полосой с контактом к легированному слою диодных структур, а участки базовой области, свободные от контактов, содержат пассивирующую просветляющую пленку. ! 2. Полупроводниковый фотопреобразователь, содержащий базовую область, выполненную в виде пластины полупроводникового материала p-или n-типа проводимости, диодные структуры с n+-p (p+-n) переходами на рабочей поверхности, на которую пад1. A semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a p-or n-type semiconductor material plate, diode structures with n + -p (p + -n) junctions on the working surface on which the radiation is incident, and isotypic p-p + ( n-n +) junctions on the opposite surface, planes of p + -n (n + -p) junctions and isotypic junctions are parallel to the working surface, p + -n (n + -p) junctions are made in the form of separate sections, connected with contacts to the alloyed layer, distance between individual sections with p + -n (n + -p) transitions does not exceed the doubled diffusion length of minority charge carriers in the base region, characterized in that the photoconverter on the working surface in the base region free of p + -n (n + -p) transitions contains isolated areas with additional isotypic p-p + (n-n +) junctions, which are made between each two adjacent sections with p + -n (n + -p) junctions, planes of additional isolated from of the type transitions are parallel to the working surface, over the additional isotype transitions there are contact strips that are isolated from additional isotype transitions by a passivating oxide film and are connected by a contact strip isolated from the base region with a contact to the doped layer of diode structures, and the sections of the base region free of contacts contain a passivating antireflection film. ! 2. A semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a p-or n-type semiconductor material plate, diode structures with n + -p (p + -n) junctions on the working surface on which

Description

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

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП с мелкозалегающим p-n переходом на большей части лицевой стороны и глубоким p-n переходом под металлическими контактами (Green M.A., Blakers A.W. et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19 th 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 for 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 // 19 th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987 .-- P.49-52). The manufacturing process includes the following operations on the front side: diffusion alloying to a depth of less than 0.5 microns, thermal oxidation, laser scribing of grooves, chemical etching of silicon in the grooves, diffusion alloying of the surface of the grooves to a depth of more than 1 micron, and electrochemical deposition of nickel and copper into the grooves . The disadvantage of the resulting AF is an increase in the thickness of the initially created alloy layer during diffusion doping of the grooves and, as a consequence, the low efficiency of the AF.

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

Известна конструкция ФП с двухсторонней рабочей поверхностью с диодной n⁺-p-р⁺ 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 (p⁺-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 p⁺-n (n⁺-p) переходами, а также между отдельными соседними участками с p⁺-p (n⁺-n) изотипными переходами не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области, на поверхностях, свободных от n⁺-p (p⁺-n) переходов и p⁺-p (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, is adopted 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 of switched contacts separate portions, reciprocally in terms of the front and rear surfaces with areas, which are printed contacts, the distance between the individual adjacent portions of a p ^⁺ -n (n ⁺ -p) transitions, as well as between the adjacent portions with the p ⁺ - p (n ⁺ -n) isotype transitions does not exceed twice 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, включающем 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 p-n переходов с использованием термообработки и нанесение в окна металлического контакта, окна шириной 1-50 мкм создают в пассивирующей, антиотражающей пленке из Si_xN_y, 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 Si_xN_y, 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, the 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 for the formation of pn junctions using heat treatment and applying a metal contact into the windows, windows 1-50 μm 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, antireflective Si _x film on the back N _y, windows opened in the film width of 1-50 microns, in terms of aligning with the windows on the front surface of the window are placed apart at a distance not exceeding twice the diffusion length, and from the end fotopri photoelectret at a distance not exceeding the diffusion length of minority carriers in the base region, the doping is carried out using heat treatment windows to form isotype junctions entire silicon surface coated with a metal contact windows (RF Patent №2331139 from 28.02.2007).

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.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение эффективности преобразования интенсивных потоков излучения.The purpose of the proposed utility model 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 p- или n-типа проводимости, диодные структуры с n⁺-p (p⁺-n) переходами на рабочей поверхности, на которую падает излучение, и изотипные p-p⁺ ((n-n⁺) переходы на противоположной поверхности, плоскости p⁺-n (n⁺-p) переходов и изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, p⁺-n (n⁺-p) переходы выполнены в виде отдельных участков, скоммутированных с помощью контактов к легированному слою, расстояние между отдельными участками с p⁺-n (n⁺-p) переходами не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей заряда в базовой области, фотопреобразователь на рабочей поверхности в базовой области, свободной от p⁺-n (n⁺-p) переходов, содержит изолированные области с дополнительными изотипными p-p⁺ (n-n⁺) переходами, которые выполнены между каждыми двумя соседними участками с p⁺-n (n⁺-p) переходами, плоскости дополнительных изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, над дополнительными изотипными переходами расположены контактные полосы, которые изолированы от дополнительных изотипных переходов пассивирующей окисной пленкой и соединены, изолированной от базовой области контактной полосой, с контактом к легированному слою диодных структур, а участки базовой области, свободные от контактов, содержат пассивирующую просветляющую пленку.The technical result is achieved in 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 a semiconductor material of p- or n-type conductivity, diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the working surface onto which radiation is incident, and isotypic pp ⁺ ((nn ⁺ ) transitions on the opposite surface, the planes p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions and isotypic transitions are parallel to the working surface, p ⁺ -n (n ⁺ - p) transitions are made in separate sections, switched by the contacts to the doped layer, the distance between the individual portions with p ^⁺ -n (n ⁺ -p) transitions does not exceed twice the diffusion length of minority carriers in the base region, phototransformator on the working surface in the base region free of p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions, contains isolated regions with additional isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) junctions that are made between each two adjacent sections with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions, the planes of additional isotype junctions are parallel to the working surface On the top of additional isotypic junctions, contact strips are located that are isolated from additional isotypic junctions by a passivating oxide film and are connected, isolated from the base region by a contact strip, to a contact to the doped layer of diode structures, and parts of the base region that are free of contacts contain a passivating antireflection film .

В варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя, содержащего базовую область, выполненную в виде пластины полупроводникового материала p- или n-типа проводимости, диодные структуры с n⁺-p (p⁺-n) переходами на рабочей поверхности, на которую падает излучение, и изотипные p-p⁺ ((n-n⁺) переходы на тыльной поверхности, плоскости p-n переходов и изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, p⁺-n (n⁺-p) переходы выполнены в виде отдельных участков, скоммутированных с помощью контактов к легированному слою, расстояние между отдельными участками с p⁺-n (n⁺-p) переходами не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей заряда в базовой области, фотопреобразователь на рабочей поверхности в базовой области, свободной от p⁺-n (n⁺-p) переходов, содержит изолированные области с дополнительными изотопными p-p⁺ (n-n⁺) переходами, которые выполнены между каждыми двумя соседними участками с p⁺-n (n⁺-p) переходами, плоскости дополнительных изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, над дополнительными изотипными переходами расположены контактные полосы, которые изолированы от изотипных переходов и соединены с контактами к легированному слою противоположного типа проводимости, на рабочую поверхность фотопреобразователя нанесена окисная пленка толщиной 10-30 нм и нанокластеры размером 10-30 нм с плотностью 300-600 мкм^-2, а сверху пассивирующая просветляющая пленка со встроенными зарядами, знак которых совпадает со знаком основных носителей тока легированного слоя диодных структур фотопреобразователя.In a design variant of a semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a plate of a semiconductor material of p- or n-type conductivity, diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the working surface on which the radiation is incident, and isotype pp ⁺ ((nn ⁺ ) transitions on the back surface, the plane of pn junctions and isotype transitions are parallel to the working surface, p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions are made in the form of separate sections, commutated by contacts to the doped layer, the distance between areas with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions does not exceed twice the diffusion length of minority charge carriers in the base region, the photoconverter on the working surface in the base region free of p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions contains isolated region with additional isotopic pp ^⁺ (nn ⁺⁾ junctions that are formed between each two adjacent portions of a p ^⁺ -n (n ⁺ -p) transitions, extra isotype plane parallel to the working surface of transitions, the transitions over additional isotypic arranged contact strips, koto s isolated from the isotype junctions and connected to the contacts to the doped layer of opposite conductivity type to the working surface of the photoconverter deposited oxide film thickness of 10-30 nm and 10-30 nm size nanoclusters with a density of 300-600 m ^2, and on top of the passivation film from the antireflection built-in charges, the sign of which coincides with the sign of the main current carriers of the doped layer of the diode structures of the photoconverter.

В другом варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя, содержащего базовую область, выполненную в виде пластины полупроводникового материала p- или n-типа, диодные структуры с n⁺-p (p⁺-n) переходами на рабочей поверхности, на которую падает излучение, и изотипными p-p⁺ (n-n⁺) переходами на тыльной поверхности, плоскости p⁺-n (n⁺-p) переходов и изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, p⁺-n (n⁺-p) переходы выполнены в виде отдельных участков, скоммутированных с помощью контактов к легированному слою, расстояние между отдельными участками с p⁺-n (n⁺-p) переходами не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей заряда в базовой области, фотопреобразователь на рабочей поверхности в базовой области, свободной от p⁺-n (n⁺-p) переходов, содержит изолированные области с дополнительными изотипными p-p⁺ (n-n⁺) переходами, которые выполнены между каждыми двумя соседними областями с p⁺-n (n⁺-p) переходами, плоскости дополнительных изотипных переходов параллельны рабочей поверхности, рабочая поверхность фотопреобразователя содержит пассивирующую электроизолирующую окисную пленку, на которую нанесено прозрачное покрытие с электропроводящей пленкой, например, на основе легированных соединений окиси индия и олова, электропроводящая пленка изолирована от дополнительного изотипного перехода и соединена с токовыводом источника электропитания с противоположной полярностью по отношению к основным носителям заряда дополнительного изотипного перехода.In another embodiment, the design of a semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a plate of a semiconductor material of p- or n-type, diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the working surface on which the radiation is incident, and isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions on the back surface, the plane p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions and isotypic transitions are parallel to the working surface, p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions are made in the form of separate sections, commutated using contacts to the doped layer, the distance between the department areas with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions does not exceed twice the diffusion length of minority charge carriers in the base region, the photoconverter on the working surface in the base region free of p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions contains isolated areas with additional isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) junctions that are made between every two adjacent regions with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions, the planes of additional isotypic junctions are parallel to the working surface, the working surface of the photoconverter contains a passivating an oxide film coated with a transparent coating with an electrically conductive film, for example, based on doped indium and tin oxide compounds, the electrically conductive film is isolated from the additional isotype transition and connected to the current output of the power supply with the opposite polarity with respect to the main charge carriers of the additional isotype transition.

В варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя окисная пассивирующая пленка является просветляющим покрытием.In an embodiment of the semiconductor photoconverter, the oxide passivating film is an antireflection coating.

В варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя электропроводящее покрытие является просветляющим покрытием.In an embodiment of the semiconductor photoconverter, the electrically conductive coating is an antireflection coating.

Еще в одном варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя электропроводящая пленка соединена с контактом к легированному слою диодных структур.In yet another embodiment of the semiconductor photoconverter, the electrically conductive film is connected to a contact to the doped layer of the diode structures.

В другом варианте конструкции полупроводникового фотопреобразователя электропроводящая пленка присоединена к токовыводу от дополнительного фотопреобразователя.In another design variant of the semiconductor photoconverter, the electrically conductive film is connected to the current output from the additional photoconverter.

Полезная модель поясняется рисунками фиг.1, 2, 3, 5, 4, 6, где на фиг.1 представлена конструкция полупроводникового фотопреобразователя с дополнительным p-p⁺ переходом на рабочей поверхности, поперечное сечение, на фиг.2 - вид полупроводникового фотопреобразователя в плане, на фиг.3 - конструкция полупроводникового фотопреобразователя с нанокластерами на рабочей поверхности, поперечное сечение, на фиг.4 - вид полупроводникового фотопреобразователя в плане, на фиг.5 - конструкция полупроводникового фотопреобразователя с электропроводящим покрытием, поперечное сечение, на фиг.6 - вид полупроводникового фотопреобразователя в плане.The utility model is illustrated by figures 1, 2, 3, 5, 4, 6, where Fig. 1 shows the construction of a semiconductor photoconverter with an additional pp ⁺ transition on the working surface, cross section, Fig. 2 is a plan view of a semiconductor photoconverter, figure 3 - design of a semiconductor photoconverter with nanoclusters on the working surface, cross section, figure 4 - view of a semiconductor photoconverter in plan, figure 5 - design of a semiconductor photoconverter with an electrically conductive coating eat, cross section, in Fig.6 is a plan view of a semiconductor photoconverter.

На фиг.1 полупроводниковый фотопреобразователь содержит базовую область 1 p-типа, легированные области n⁺-типа 2 и p⁺-типа 3, образующие n⁺-p переходы 4 и изотипные p-p⁺ переходы 5. На n⁺-области нанесены контакты 6, а к p⁺-областям контакты 7. Между каждыми двумя соседними участками с n⁺-p переходами 4 изолированно расположены p⁺-области 8, которые образуют с p-областью 1 дополнительные изотипные p-p⁺ переходы 9, не связанные с основным изотипным p-p⁺ переходом 5. Контакты 10 изолированы от дополнительных изотипных p-p⁺ переходов 9 и от базовой области 1 и соединены с контактами 6 к n⁺-областям 2. Плоскости контактов 6 и 10 совмещены в плане с контактами 7 к основному изотипному p-p⁺ переходу 5 для снижения омических потерь и увеличения пропускания фотопреобразователя в фотонеактивной части спектра излучения, лежащей за краем основной полосы поглощения. Поверхности 11 и 12 базовой области 1, свободные от контактов, имеют просветляющее пассивирующее покрытие 13. На фиг.1 также показано направление потоков излучения 14 и 15 на поверхности 11 и 12 базовой области 1 и линии диффузионного 16 и дрейфового 17 перемещения неосновных носителей заряда (ННЗ) электронов 18 в базовой области 1.In Fig. 1, the semiconductor photoconverter contains a p-type base region 1, doped regions of n ⁺ -type 2 and p ⁺ -type 3, forming n ⁺ -p junctions 4 and isotypic pp ⁺ junctions 5. Contacts 6 are applied to the n ⁺ regions , and to the p ⁺ regions, contacts 7. Between each two neighboring regions with n ⁺ p transitions 4, p ⁺ regions 8 are isolated, which form additional p isotopic pp ⁺ transitions 9 that are not connected with the main isotypic pp and p p region 1 ⁺ transition 5. Contacts 10 are isolated from additional isotypic pp ⁺ transitions 9 and from the base region 1 and inenes with contacts 6 to n ⁺ regions 2. The planes of contacts 6 and 10 are aligned in plan with contacts 7 to the main isotypic pp ⁺ junction 5 to reduce ohmic losses and increase the transmittance of the photoconverter in the photonactive part of the radiation spectrum lying beyond the edge of the main absorption band. The contact-free surfaces 11 and 12 of the base region 1 have an antireflective passivating coating 13. FIG. 1 also shows the direction of the radiation fluxes 14 and 15 on the surfaces 11 and 12 of the base region 1 and the diffusion line 16 and the drift 17 of the movement of minority carriers ( NNZ) electrons 18 in the base region 1.

На фиг.2 пунктиром обозначены изолированные области с дополнительным изотипным p-р⁺ переходом 8 на рабочей поверхности 11 базовой области 1. Области с изотипным переходом 8 по всей площади закрыты металлическим контактом 10, который изолирован от изотипного перехода 8 с помощью электроизолирующей окисной пленки 19 и соединен с контактом 6. Нелегированный участок базовой области 1, через который проходит контактная полоска 10, изолирован от контакта 10 с помощью окисной пленки 19 и просветляющего пассивирующего покрытия 13, расположенных под контактом 10.In Fig. 2, dashed lines indicate isolated regions with an additional isotypic p-p ⁺ transition 8 on the working surface 11 of the base region 1. Areas with an isotype transition 8 over the entire area are closed by a metal contact 10, which is isolated from the isotype transition 8 by means of an electrically insulating oxide film 19 and connected to contact 6. The unalloyed portion of the base region 1 through which the contact strip 10 passes is isolated from contact 10 by an oxide film 19 and an antireflective passivating coating 13 located under the contact Volume 10.

На фиг.3 контакт 7 к основному изотипному p-p⁺ переходу 5 выполнен ко всей площади изотипного перехода 5. На рабочую поверхность 11 базовой области 1, на которую падает поток излучения 14, нанесена окисная пленка 19 толщиной 10-30 нм, на которую нанесен слой 20 нанокластеров 21 размером 10-30 нм с плотностью 300-600 мкм^-2 и пассивирующая просветляющая пленка 22 со встроенными отрицательными зарядами.In Fig. 3, contact 7 to the main isotypic pp ⁺ junction 5 is made to the entire area of the isotypic junction 5. On the working surface 11 of the base region 1, on which the radiation flux 14 falls, an oxide film 19 of a thickness of 10-30 nm is deposited, on which a layer is deposited 20 nanoclusters 21 with a size of 10-30 nm with a density of 300-600 μm ^-2 and a passivating antireflection film 22 with built-in negative charges.

На фиг.4 рабочая поверхность базовой области 1 содержит чередующиеся протяженные изолированные области с p-n переходами 4 и дополнительными изотипными p-p⁺ переходами 8, которые сверху закрыты металлическими контактами 6 и 10. Контакты 10 изолированы от изотипного перехода 8 окисной пассивирующей пленкой 19. Базовая область 1 между легированными областями покрыта окисной пассивирующей пленкой 19, слоем 20 нанокластеров 21 и просветляющей пленкой 22. Контактная полоса 23, соединяющая контактные полосы 6 над p-n переходами 4 и контактные полосы 10 над p-p⁺ переходами 9, изолирована от базовой области 1 с помощью окисной пленки 19 и просветляющего покрытия 22 (фиг.3).In Fig. 4, the working surface of the base region 1 contains alternating extended isolated regions with pn junctions 4 and additional isotypic pp ⁺ junctions 8, which are covered from above by metal contacts 6 and 10. Contacts 10 are isolated from the isotypic transition 8 by an oxide passivating film 19. Base region 1 between the doped regions covered with the passivation oxide film 19, layer of nanoclusters 20, 21 and the antireflective film 22. Contact strip 23 connecting the contact strip 6 above pn junctions 4 and the contact strip 10 on pp ⁺ ne ehodami 9 is isolated from the base region 1 via the oxide film 19 and the antireflection coating 22 (Figure 3).

На фиг.5 на рабочую поверхность 11 базовой области 1 нанесена пассивирующая электроизолирующая окисная пленка 19, на которую нанесено прозрачное электропроводящее покрытие 24 на основе легированной, например, фтором окиси индия. Электропроводящее покрытие 24 изолировано окисной пленкой 19 от p⁺-областей 8 дополнительного изотипного p-p⁺ перехода 9. Электропроводящее покрытие 24 электрически изолировано от контакта 6 к n⁺-слою 2 на рабочей поверхности 11 с помощью участков 25 из изолирующей окисной пленки. Участки с p-n переходами 4 соединены между собой с помощью коммутирующей контактной полосы 23. Участки электропроводящего покрытия 24 соединены коммутирующей шиной 26 и изолированы от базовой области 1 с помощью окисной изолирующей пленки 19. Прозрачное электропроводящее покрытие 24 присоединено через шину 26 к токовыводу 27 отрицательной полярности от дополнительного миниатюрного фотоэлектрического генератора 28 с потенциометром 29 для регулирования напряжения и эффективности собирания генерированных светом неравновесных носителей.In Fig. 5, a passivating electrically insulating oxide film 19 is applied to the working surface 11 of the base region 1, on which a transparent electrically conductive coating 24 is applied based on doped, for example, fluorine indium oxide. The electrically conductive coating 24 is isolated by the oxide film 19 from the p ⁺ regions 8 of the additional isotypic pp ⁺ transition 9. The electrically conductive coating 24 is electrically isolated from the contact 6 to the n ⁺ layer 2 on the working surface 11 using portions 25 of the insulating oxide film. The sections with pn junctions 4 are interconnected using a switching contact strip 23. The sections of the electrically conductive coating 24 are connected by a switching bus 26 and isolated from the base region 1 by an oxide insulating film 19. A transparent electrically conductive coating 24 is connected via a bus 26 to a negative polarity current terminal 27 from an additional miniature photoelectric generator 28 with a potentiometer 29 for regulating the voltage and collection efficiency of nonequilibrium carriers generated by light.

Пример выполнения полупроводникового фотопреобразователяExample of a semiconductor photoconverter

Базовая область 1 (фиг.1) имеет удельное сопротивление 0,3-3 Ом·см p-типа. Расстояние между контактами 6 к n⁺-p переходам 4 составляет 100 мкм, ширина контактов 5-6 мкм. Расстояние между каждым дополнительным изотипным p-p⁺ переходом 9 и n⁺-p переходом 4 составляет 50 мкм, ширина контакта 10 к дополнительному изотипному переходу 9 составляет 5 мкм. Дополнительный изотипный p-p⁺ переход 9 имеет ширину 5 мкм, длину 10 мм и изолирован от контакта 10 просветляющей пленкой 13 на рабочей поверхности 11. Нелегированный участок базовой области 1, через который проходит контактная полоска 10, изолирован от контакта 10 с помощью окисной пленки 19 (фиг.2).The base region 1 (figure 1) has a specific resistance of 0.3-3 Ohm · cm p-type. The distance between the contacts 6 to the n ⁺ -p junctions 4 is 100 microns, the width of the contacts is 5-6 microns. The distance between each additional isotypic pp ⁺ junction 9 and n ⁺ -p junction 4 is 50 μm, the width of the contact 10 to the additional isotypic junction 9 is 5 μm. The additional isotypic pp ⁺ junction 9 has a width of 5 μm, a length of 10 mm, and is isolated from contact 10 by an antireflection film 13 on the working surface 11. The undoped portion of the base region 1 through which the contact strip 10 passes is isolated from contact 10 using an oxide film 19 ( figure 2).

Пример осуществления способа изготовления полупроводникового фотопреобразователяAn example implementation of a method of manufacturing a semiconductor photoconverter

Пластину кремния p-типа (фиг.1) обрабатывают в растворе щелочи для удаления нарушенного слоя и очищают поверхности пластины от загрязнений. На рабочей поверхности 11 базовой области 1 создают окисную защитную пленку, в которой делают окна шириной 5 мкм и длиной, равной длине пластины. Расстояние между окнами составляет 105 мкм. В диффузионной печи проводят диффузию бора при температуре 1100°С в течение 30 мин и создают в окнах и на всей противоположной стороне пластины изотипные p-р⁺ переходы 9 и 5. Удаляют окисные пленки после диффузии бора, создают окисные пленки на обоих сторонах пластины и вытравливают окна на рабочей поверхности 11 базовой области 1 пластины посредине между полосками с p-p⁺ переходами 4. Ширина окон равна 5 мкм, длина окон равна длине пластины, а расстояние между окнами и соседними участками с p-p⁺ переходом 9 составляет 50 мкм. Проводят диффузию фосфора в окна при температуре 1000°С в течение 30 мин и создают участки с p-n переходами 4. На обе поверхности пластины наносят просветляющее покрытие 13 на основе нитрида кремния и создают одновременно контактные полосы 6 на участках с p-n переходами 4, контактные полосы 10 на участках с дополнительными изотипными переходами 9 на рабочей стороне 11 и контактные полосы 7 к изотипному p-p⁺ переходу 5 на тыльной стороне методом фотолитографии таким образом, чтобы контактные участки 6, 10 и 7 с двух сторон пластины совпадали в плане, а контактные полосы 10 были изолированы от изотипных переходов 9 с помощью окисной пленки 13 (фиг.1) или 19 на фиг.2.A p-type silicon wafer (Fig. 1) is treated in an alkali solution to remove the broken layer and the surface of the wafer is cleaned of impurities. An oxide protective film is created on the working surface 11 of the base region 1, in which windows are made with a width of 5 μm and a length equal to the length of the plate. The distance between the windows is 105 microns. In a diffusion furnace, boron is diffused at a temperature of 1100 ° C for 30 min and isotype p-p ⁺ transitions 9 and 5 are created in the windows and on the entire opposite side of the plate. Oxide films are removed after boron diffusion, oxide films are created on both sides of the plate and windows are etched on the working surface 11 of the base region 1 of the plate in the middle between the strips with pp ⁺ transitions 4. The width of the windows is 5 μm, the length of the windows is the length of the plate, and the distance between the windows and adjacent sections with pp ⁺ transition 9 is 50 μm. Phosphorus is diffused into the windows at a temperature of 1000 ° C for 30 min and areas with pn junctions 4 are created. An antireflection coating 13 based on silicon nitride is applied to both surfaces of the plate and contact strips 6 are created simultaneously on sites with pn junctions 4, contact strips 10 in areas with isotypic additional passages 9 at the operating side 11 and the contact strips 7 to the transition isotype pp ⁺ 5 on the rear side by photolithography so that contact portions 6, 10 and 7 from two sides of the plate coincide in plan, and Comte tnye strip 10 were isolated from the isotype junctions 9 with the oxide film 13 (Figure 1) or 19 in Figure 2.

В другом варианте указанного выше способа изготовления (фиг.3) отличие состоит в том, что контакт 7 к p⁺ области 3 на тыльной стороне базовой области 1 пластины наносят по всей площади базовой области 1 после создания окисной пассивирующей пленки 19 на рабочей поверхности 11 и создания окон в окисной пленке 19 на участках с p-n переходами 4. Одновременно наносят контакты 6 к n-областям 2 и контакты 10 на окисную пленку 19 в p⁺-областях 8. После создания контактов 7, 6, 10 на окисную пленку 19 наносят слои 20 нанокластеров 21 из серебра размером 10-30 нм с плотностью 300-600 мкм^-2 и сверху наносят просветляющее покрытие 22 из нитрида кремния, двуокиси титана или сульфида цинка. Затем создают гальваническую связь между контактами 6 к p-n переходам 4 и 10 к p-p⁺ переходам 9 путем коммутации металлических контактных полос 6 и 10 с помощью поперечной контактной полосы 23 (фиг.4), изолированной от базовой области 1, с помощью окисной пленки 19 и просветляющего покрытия 22 (фиг.3)In another embodiment of the above manufacturing method (FIG. 3), the difference is that the contact 7 to p ^{+ of} region 3 on the back side of the base region 1 of the plate is applied over the entire area of the base region 1 after creating an oxide passivating film 19 on the working surface 11 and create windows in the oxide film 19 in areas with pn junctions 4. At the same time, apply contacts 6 to the n-regions 2 and contacts 10 on the oxide film 19 in the p ⁺ regions 8. After creating contacts 7, 6, 10, layers are applied to the oxide film 19 20 nanoclusters 21 of silver with a size of 10-30 nm with a density 300-600 μm ^-2 and an antireflection coating 22 is applied from above from silicon nitride, titanium dioxide or zinc sulfide. Then create a galvanic connection between the contacts 6 to pn junctions 4 and 10 to pp ⁺ junctions 9 by switching the metal contact strips 6 and 10 using the transverse contact strip 23 (figure 4), isolated from the base region 1, using an oxide film 19 and antireflection coating 22 (figure 3)

В варианте способа изготовления полупроводникового фотопреобразователя на фиг.5, отличие состоит в том. что на дополнительных p⁺-областях 8 базовой области 1 создают прозрачную проводящую пленку на основе легированных окислов индия и олова (ITO) 24. Участки с проводящей прозрачной пленкой 24 коммутируют с помощью поперечной коммутационной шины 26 (фиг.6), изолированной от контактов 6 к n⁺-областям 2 с помощью изолирующих слоев 25. Все участки с p-n переходами 4 коммутируют с помощью поперечной шины 23.In an embodiment of the manufacturing method of the semiconductor photoconverter in FIG. 5, the difference is. that additional p ⁺ -regions 8 of the base region 1 create a transparent conductive film based on doped indium and tin oxides (ITO) 24. Parts with a conductive transparent film 24 are switched using a transverse patch bus 26 (Fig. 6) isolated from contacts 6 to n ⁺ regions 2 using insulating layers 25. All sections with pn junctions 4 are commutated using a transverse bus 23.

Полупроводниковый фотопреобразователь работает следующим образом. При освещении рабочей поверхности 11 и 12 на фиг.1 потоком излучения 14 и 15 в базовой области генерируются электронно-дырочные пары. Неосновные носители заряда электроны 18 в базовой области 1 двигаются за счет диффузии (траектория 16), однако при приближении к дополнительному изотипному p-p⁺ переходу 9, который находится под индуцированным обратным смещением, электроны отталкиваются электрическим полем от изотипного перехода и дрейфуют (траектория 17) к n⁺-p переходу. За счет дрейфа происходит более полное собирание ННЗ, что приводит к увеличению фототока и КПД.The semiconductor photoconverter operates as follows. When illuminating the working surface 11 and 12 in FIG. 1, electron-hole pairs are generated in the base region by the radiation flux 14 and 15. The minority charge carriers electrons 18 in the base region 1 move due to diffusion (trajectory 16), however, when approaching the additional isotypic pp ⁺ transition 9, which is under the induced reverse bias, the electrons repel the electric field from the isotype transition and drift (trajectory 17) to n ⁺ -p transition. Due to the drift, a more complete collection of NNS occurs, which leads to an increase in photocurrent and efficiency.

Дополнительное увеличение КПД достигается за счет плазменного резонанса нанокластеров 21 (фиг.3) и увеличения спектральной чувствительности фотопреобразователя.An additional increase in efficiency is achieved due to the plasma resonance of nanoclusters 21 (Fig. 3) and an increase in the spectral sensitivity of the photoconverter.

Использование прозрачного электропроводящего покрытия 24 на фиг.5 и дополнительного источника электропитания 28 в виде миниатюрной автономной солнечной батареи, позволяет увеличить индуцированное через окисную пленку 19 обратное смещение на дополнительном изотипном p-p⁺ переходе 9 и регулировать с помощью потенциометра 29 скорость дрейфа ННЗ в базовой области 1, что приводит к увеличению эффективности собирания ННЗ, фототока и КПД.The use of a transparent electrically conductive coating 24 in FIG. 5 and an additional power supply 28 in the form of a miniature self-contained solar battery makes it possible to increase the reverse bias induced through the oxide film 19 at the additional isotypic pp ⁺ junction 9 and to control the drift velocity of the NEC in the base region 1 using potentiometer 29 , which leads to an increase in the efficiency of collecting NNZ, photocurrent and efficiency.

Предложенные конструкции фоторпеобразователя обладают низким омическим сопротивлением и поэтому эффективно работают в условиях концентрированного солнечного излучения.The proposed designs of the photo-forming agent have a low ohmic resistance and therefore work effectively in conditions of concentrated solar radiation.

Claims

1. A semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a plate of a semiconductor material of p-type or n-type conductivity, diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the working surface on which the radiation is incident, and isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions on the opposite surface, the plane p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions and isotypic transitions are parallel to the working surface, p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions are made in the form of separate sections, connected by contacts to doped layer, the distance between the individual sections Ami with p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions does not exceed twice the diffusion length of minority charge carriers in the base region, characterized in that the photoconverter on the working surface in the base region is free of p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions It comprises isolated areas with additional isotypic pp ^⁺ (nn ⁺⁾ junctions that are formed between each two adjacent portions of a p ^⁺ -n (n ⁺ -p) transitions, additional isolated isotype plane parallel to the working surface of transitions, the transitions over additional location with isotypic us contact strips, which are isolated from other passages isotype passivating oxide film and connected to the base region isolated from the contact with the contact strip to the doped layer diode structures, and portions of the base region, free of contacts comprise a passivation antireflection film.

2. A semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a plate of a semiconductor material of p-type or n-type conductivity, diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the working surface on which the radiation is incident, and isotype p- p ⁺ (nn ⁺ ) transitions on the back surface, the plane of pn transitions and isotype transitions are parallel to the working surface, p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions are made in the form of separate sections, commutated by contacts to the doped layer, the distance between the individual sections with p ^⁺ -n (n ⁺ -p) Junctions is less than twice the diffusion length of minority carriers in the base region, characterized in that the photoconverter to the working surface in the base region free of p ^⁺ -n (n ⁺ -p) transitions comprises isolated areas with additional isotypic pp ^⁺ (nn ⁺ ) transitions that are made between each two adjacent sections with p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions, the planes of additional isotype transitions are parallel to the working surface, contact strips are located above the indicated isotype transitions, which isolate are isolated from isotype transitions and connected to contacts to the doped layer of diode structures, an oxide film 10-30 nm thick and 10-30 nm nanoclusters with a density of 300-600 μm ^{-2 are} deposited on the working surface of the photoconverter, and a passivating antireflection film with built-in charges whose sign coincides with the sign of the main current carriers in the doped layer of the diode structures of the photoconverter.

3. A semiconductor photoconverter containing a base region made in the form of a plate of a semiconductor material of p-type or n-type conductivity, diode structures with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions on the working surface on which the radiation is incident, and isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions on the back surface, the plane p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions and isotypic transitions are parallel to the working surface, p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions are made in the form of separate sections, connected by contacts to doped layer, the distance between individual sections with p ⁺ -n (n ⁺ -p) transitions does not exceed twice the diffusion length of minority charge carriers in the base region, characterized in that the photoconverter on the working surface in the base region free of p ⁺ -n (n ⁺ -p) junctions contains isolated regions with additional isotypic pp ^⁺ (nn ⁺⁾ junctions that are formed between each two adjacent regions with p ^⁺ -n (n ⁺ -p) transitions, extra isotype plane parallel transitions of the working surface, the working surface comprises a passivation photoconverter elektroiz liruyuschuyu oxide film, to which is applied a transparent coating with a conductive film, for example, on the basis of doped compounds indium tin oxide, an electrically conductive film is insulated from the additional isotype junction and connected with current power supply of opposite polarity with respect to the main charge carriers additional isotype transition.

4. The semiconductor photoconverter according to claim 3, characterized in that the electrically conductive film is based on doped compounds of indium oxide and tin oxide.

5. The semiconductor photoconverter according to claim 4, characterized in that the oxide insulating film is an antireflection coating.

6. The semiconductor photoconverter according to claim 4, characterized in that the electrically conductive film is an antireflective coating.

7. The semiconductor photoconverter according to claim 4, characterized in that the electrically conductive film is connected to the contact to the doped layer of the diode structures.

8. The semiconductor photoconverter according to claim 4, characterized in that the electrically conductive film is connected to the current output of the additional photoconverter.