SE456380B - Sett att framstella en fotovoltisk panel samt anording for framstellning av den fotovoltiska panelen - Google Patents

Description

456 380 10 15 20 25 30 35 2 många enkristaller för att täcka den önskade arean hos endast en enda solcellspanel. Den nödvändiga energimäng- den för framställning av en solcell vid detta förfarande, den begränsning som åstadkommes av kiselkristallens stor- leksbegränsningar samt nödvändigheten av att skära upp och sätta samman ett sådant kristallint material har allt resulterat i en omöjlig ekonomisk barriär för använd- ning i stor skala av kristallina halvledarsolceller för energiomvandling. Kristallint kisel har vidare en indirekt optisk kant, som resulterar i dålig ljusabsorption i mate- rialet. På grund av den dåliga ljusabsorptionen måste kristallina solceller vara åtminstone 50 um tjocka för att absorbera det infallande solljuset. Även om det kristallina materialet ersättes av polykristallint kisel med billigare framställningssätt, bibehâlles fortfarande den indirekta optiska kanten och därmed minskas ej mate- rialtjockleken. Det polykristallina materialet inbegriper också tillägg av korngränser samt andra problemdefekter. Å andra sidan har amorft kisel en direkt optisk kant och enbart l nm tjockt material är nödvändigt för att absorbera samma solljusmängd som kristallint kisel.

Avsevärda ansträngningar har följaktligen gjorts för att utveckla processer för att enkelt avsätta amorfa halvledarfilmer, som vardera enligt önskan kan omfatta relativt stora areor, enbart begränsat av storleken av avsättningsutrustningen, och vilka lätt skulle kunna dopas för att bilda material av P-typ och N-typ, då PN-övergângsdon skall framställas ur dessa i ekvivalens med de don som framställs genom de kristallina motsvarig- heterna. Under många år har detta arbete i huvudsak ej gett något resultat. Amorfa kisel- eller germaniumfilmer (grupp IV) befanns ha mikroskopiska hålrum och "dinglande“ bindningar samt andra defekter, som ger en hög täthet av lokala tillstånd i deras energigap. Förekomsten av en hög täthet av lokala tillstånd i enerqigapet för amorfa kiselhalvledarfilmer resulterar i lâggradig fotolednings- förmåga och korta diffusionsläflqder. Vilket gör dessa 10 15 20 25 30 35 _ 1 4562380 3 filmer olämpliga för solcellsapplikationer. Dessa filmer kan dessutom ej framgångsrikt dopas eller på annat sätt modifieras för förskjutning av Fermi-nivån nära intill lednings- eller valensbanden, vilket gör dem olämpliga för framställning av Schottky-barriärövergångar eller PN-övergångar för användning i solceller och strömregler- don.

I ett försök'att minimera de ovan nämnda med amorft kisel och germanium sammanhängande problemen utförde W E Spear och P H Le Comber vid Carnegie Laboratory of Physics, University of Dundee, Dundee, Scotland, visst arbete beträffande "Substitutional Doping of Amorphous Silicon", såsom rapporterat i en artikel, publicerad i Solid State Communications, vol 17, sid 1193-1196, 1975, i syfte att reducera de lokala tillstånden i energigapet i amorft kisel eller germanium för att få dessa att närmare efterlikna egenledande, kristallint kisel eller germanium samt att på substituerande sätt dopa de amorfa materialen med lämpliga, klassiska dopmedel, såsom vid dopning av kristallina material, för att göra dem stör- ledande samt ledande av P- eller N-typ. Reduceringen av de lokala tillstånden åstadkoms genom glimurladdnings- avsättning av amorfa kiselfilmer, varvid silangas (SiH4) fördes genom ett reaktionsrör, där gasen sönder- delades genom en radiofrekvent glimurladdning samt avsattes på ett substrat vid en substrattemperatur på ungefär 500-600°K (227-327°C). Det på substratet så avsatta mate- rialet var ett egenledande amorft material, bestående av kisel och väte. För åstadkommande av ett dopet amorft material blandades en fosfingas (PH3) för ledningsförmåga av N-typ eller en diborangas (BZH6) för ledningsförmåga av P-typ i förväg med silangasen samt fördes genom glim- urladdningsreaktionsröret under samma driftsförhållanden.

Gaskoncentrationen av de använda dopmedlen låg mellan 6 och 1o'2 materialet innefattade troligen substituerande fosfor- ungefär 5-10- volymsdelar. Det så avsatta eller bordopmedel och visades vara störledande samt ledan- de av N- eller P-typ. Dopningsverkningsgraden för samma 456 380 .~ 10 15 20 25 30 35 4 mängd tillfört dopmedelmaterial var emellertid mycket sämre än den för kristallint kisel. Den elektriska led- ningsförmågan för kraftigt dopat N- eller P-material 2 eller 10-3 (ohm cm)-1. Bandgapet gjordes dessutom snävare till följd av tillägget av dopmedelmaterial, särskilt i fallet med P-dopning under var låg, ungefär 10- användning av diboran. Dessa resultat anger att diboran ej effektivt dopade det amorfa kislet utan skapade lokala tillstånd i bandgapet.

Såsom uttryckts ovan är amorft kisel och även germa- nium normalt fyrfaldigt koordinerat samt har normalt mikroskopiska hålrum samt "dinglande" bindningar eller andra defektkonfigurationer, som ger upphov till lokala tillstånd i energigapet. Fastän dessa forskare ej kände till det är det nu känt genom andras arbete att vätet i silanet vid en optimal temperatur kombineras med många av de "dinglande“ bindningarna hos kislet under glimur- laddningsavsättningen för att väsentligt minska tätheten av lokala tillstånd i energigapet i syfte att få det amorfa materialet att närmare efterlikna det motsvarande kristallina materialet.

Ingebripandet av väte har emellertid inte endast begränsningar på grundval av det fasta förhållandet mellan väte och kisel i silanet, utan olika Si:H-bindningskonfi- gurationer inför, vilket är av största betydelse, nya antibindningstillstând, som kan ha skadliga följder i dessa material. Det finns därför grundläggande begräns- ningar i minskningen av tätheten av lokala tillstånd i dessa material, som är särskilt skadliga uttryckt i effektiv P- liksom N-dopning. Den resulterande, ej god- tagbara tillståndstätheten i silanavsatta material leder till en smal utarmningsbredd, som i sin tur begränsar verkningsgraderna för solceller och andra don, vilkas arbete är beroende av driftrörelsen hos fria laddnings- bärare. Sättet att framställa dessa material genom använ- dandet av enbart kisel och väte resulterar också i en hög täthet av yttillstånd, som påverkar alla ovannämnda parametrar. - -ffip-f. 10 15 20 25 30 35 456 380 S Efter det att glimurladdningsavsättningen av kisel ur silangas utvecklades, utfördes arbete beträffande förstoftningsavsättning av amorfa kiselfilmer 1 atmo- sfären av en blandning av argon (erfordrad av fÖrSfiOÉt' ningsavsättningsprocessen) samt molekylärt väte för be- stämning av resultaten av detta molekylära väte på egen- skaperna hos den avsatta amorfa kiselfilmen. Denna forsk- ning antydde att vätet verkade som ett förändrande medel, vilket bands på sådant sätt att det minskade de lokala tillstånden i energigapet. Graden, i vilken de lokala tillstânden i energigapet reducerades vid förstoftnings- avsättningsprocessen, var emellertid mycket mindre än den som uppnåddes genom det ovan beskrivna silanavsätt- ningsförloppet. De ovan beskrivna P- och N-dopningsmedels- gaserna infördes också i förstoftningsförloppet för fram- ställning av P- och N-dopade material. Dessa material hade en lägre dopningsverkningsgrad än de material som alstrades i glimurladdningsförloppet. Ingetdera förloppet framställde effektiva P-dopade material med tillräckligt höga acceptorkoncentrationer för framställning av“kommer- siella PN- eller PIN-övergångsdon. N-dopningsverknings- graden låg under önskvärda godtagbara kommersiella nivåer och P-dopningen var särskilt oönskad, eftersom den minskade bandgapets bredd och ökade antalet lokala tillstånd i bandgapet.

Den tidigare avsättningen av amorft kisel, vilket har förändrats av väte ur silangasen i ett försök att bringa det att närmare efterlikna kristallint kisel samt vilket kisel har dopats på ett sätt, som liknar sättet för dop- ning av kristallint kisel, har egenskaper, som i alla betydelsefulla avseenden är sämre än de för dopat kristal- lint kisel. Således uppnåddes otillräckliga dopnings- verkningsgrader och otillräcklig ledningsförmåga, särskilt i material av P-typ, och dessa kiselfilmers fotolednings- egenskaper och fotovoltiska egenskaper lämnade mycket att önska.

Ett väsentligt genombrott för bildande av amorfa kisel- filmer med en mycket låg tillståndstäthet uppnåddes genom 456 580 i 10 15 20 25 30 35 6 uppfinningarna enligt US patentskrifterna 4 217 374 och 4 226 898, vilka gav amorfa filmer, särskilt amorfa kisel- filmer, med de relativt gynnsamma egenskaperna hos kristal- lina halvledarmaterial. (Den förra patentskriften avšlöjar avsättandet av förbättrade amorfa kiselfilmer under an- vändning av avsättning frân ångfasen och den senare patent- skriften avslöjar avsättningen av förbättrade amorfa kisel- filmer genom glimurladdning av kisel innehållande gaser.) De förbättrade, amorfa egenledande (intrinsiska) kisel- filmer som åstadkommes genom de där avslöjade förfarandena har reducerat antalet tillstånd i bandgapet i det egen- ledande materialet och åstadkommer kraftigt förbättrade N-dopningsverkningsgrader, hög fotoledningsförmåga och ökad rörlighet, lång diffusionsväglängd för laddnings- bärarna och låg egenledande elektrisk ledningsförmâga i mörker, såsom önskvärt i fotoceller. Sådana amorfa halvledarfilmer kan således vara användbara vid framställ- ning av mer effektiva don, såsom solceller och strömregler- don, innefattande PN-övergångsdon, dioder, transistorer och liknande.

Uppfinningen, som uppnådde dessa resultat, inbegriper i de amorfa filmerna, företrädesvis under dessa avsätt- ning, förändrande eller kompenserande material, vilka tros bilda legeringar med de amorfa halvledarmaterialen och modifiera dessa för att kraftigt reducera de lokala tillstânden i deras energigap för att göra desamma ekviva- lenta i många avseenden med egenledande kristallint kisel.

Vid förfarandet för framställning av kiselfilmer, vilket är avslöjat i US patentskriften 4 226 898, sönderdelas en förening, innefattande kisel som ett ämne, genom glim- urladdningssönderdelning för avsättning av amorft kisel på ett substrat tillsammans med inbegripandet av ett flertal förändrande ämnen, företrädesvis aktiverat fluor och väte, under glimurladdningsavsättningen.

I dessa särskilda utföringsformer av den i den senare skriften avslöjade uppfinningen avsättes kisel under en satsvis tillverkning vid en substrattemperatur på ungefär 380°C genom glimurladdning av kiseltetrafluorid (SiF4), 10 15 20 25 30 35 456 380 7 som tillför kislet i de avsatta amorfa filmerna och fluor som ett förändrande eller kompenserande ämne. Ehuru kisel- tetrafluorid kan bilda ett plasma i en glimurladdning, är den i sig själv ej mest effektiv som ett utgångsç material för glimurladdningsavsättning av kisel. Atmo- sfären för glimurladdningen göres reaktiv genom tillägg av en sådan gas som molekylärt väte (H2), som göres reaktiv av glimurladdningen genom ändring till atomärt väte eller vätejoner eller liknande. Detta reaktiva väte reagerar i glimurladdningen med kiseltetrafluoriden för att lättare åstadkomma sönderdelning av denna och avsättning av amorft kisel därur på substratet. Samtidigt frigöres fluor och olika kiselsubfluorider samt göres reaktiva av glimur- laddningen. Det reaktiva vätet och de reaktiva fluorföre- ningarna inbegripes i den amorfa kiselvärdgrundmassan under dennas avsättning samt skapar ett nytt egenledande material med ett lågt antal defekta tillstånd. Ett enkelt sätt att betrakta den nya legeringen är att där förefinns en mättning av terminering (avslutning) av "dinglande" (fritt hängande) bindningar samt eliminerandet av andra defekter. väsentligt tätheten av lokala tillstånd i energigapet, Dessa förändrande element minskar således varav ovannämnda fördelaktiga resultat följer.

När man önskar åstadkomma ledning av N-typ och P-typ i den amorfa kiselhalvledargrundmassan, rekommenderar den senare skriften innefattande av modifierande ämnen i gasform under glimavsättningen av filmen. De rekommen- derade moidifierande ämnena eller dopmedlen för ledning av N-typ är fosfor och arsenik i form av gaserna fosin (PH3) och arsin (AsH3). De rekommenderade modifierande ämnena eller dopmedlen för ledning av P-typ är bor, aluminium, gallium och indium i form av gaserna diboran (B2H6), Al(C2H5)3, Ga(CH3)3 och In(CH3)3. De modifierande ämnena tillades under samma avsättningsförhållanden som beskrevs för det egenledande materialet med en substrat- temperatur på ungefär 380°C.

Ehuru förfarandet för framställning av avsatta kisel- don i ovannämnda skrifter representerar en betydande för- 456 380 10 15 20 25 30 35 8 bättring, som möjliggör framställandet av förbättrade solceller och andra don, hade det P-dopade avsatta kiselma- terialet ej en så effektiv ledningsförmâga av P-typ som önskat. Såsom rapporterat i “Journal of Non-Crystalline solida", vol ss och ss, del 1, januari/februari 1980, sid 171-181, med tillägg av 500 ppm PH3 i avsättnings- gaserna, motsvarande ett N+-skikt och det egenledande materialet. Med tillägget av diboran (B2H6) i avsättnings- gaserna äger betydande ändringar i optisk absorption rum.

Slutsatsen är att en ny legering, som inbegriper bor, har syntetiserats, vilken legering har ett snävare bandgap och uppvisar egenskaper av P-typ. Det är möjligt att tre centrumbindningar, som är unika för bor, delvis svarar för detta uppförande. Detta står i motsats till de resul- tat som erhålles då fosfor eller arsenik tilläggas, varvid ett konventionellt material av N-typ framställes.

Ehuru sådana don som ett Schottky-barriärdon eller ett MIS-don kan framställas med eller utan P-dopade filmer, är de svåra att tillverka, eftersom egenskaperna hos det tunna barriärskikt som allmänt användes däri är svåra att reglera och ofta kan det tunna skiktet ej effektivt inkapslas för att hindra diffusion av omgivningsämnen genom skiktet med det resultatet att donet ofta är insta- bilt. Sådana strukturer leder dessutom till en hög skikt- resistans i donets övre nivå. Det synes som om en fotocell med önskad verkningsgrad och stabilitet kräver utnyttjande av en PN- eller PIN-övergång. För detta ändamål är ett förbättrat P-dopat material önskvärt för höjning av cellens verkningsgrad.

Vid framställning av de fluor- och vätekompenserade glimurladdningsavsatta kiselfilmerna som avslöjas i den senare nämnda patentskriften avsättes kislet företrädesvis vid en substrattemperatur på ungefär 380°C. Över denna substrattemperatur avtar verkningsgraden för vätekompen- seringen gradvis och vid temperaturer över ungefär 450°C avtar den signifikant på grund av att vätet ej lätt kombi- nerar med det kisel som avsättes vid dessa temperaturer.

Såsom påpekats ovan har det upptäckts att införandet 10 15 20 25 30 35 456 áßo 9 _ av de gasformiga P-dopmedelsmaterialen, fastän de åstad- kommer ett material av P-typ, ej åstadkommer ett material med en effektiv ledningsförmâga av P-typ såsom skulle ske i teorin, om endast den önskade fyrsidiga eller tëtraed- riska bindningen ägde rum. Det framgår att vid glimurladd- ningssubstrattemperaturer på 400°C eller mindre, vilka är nödvändiga för den mest effektiva vätekompenseringen av kiselmaterialet, vissa av de påtänkta P-dopmedelsmate- rialen koordineras trefaldigt snarare än tetraedriskt på grund av frånvaron av kristallina begränsningar, vilket således leder till ytterligare tillstånd i gapet och ingen dopning. Andra processer, som inbegriper diboran leder till bildandet av centrum med tre bindningar eller andra mindre effektiva kombinationer på grund av att dessas metalliska delar eller bordelar ej lätt skiljes fullstän- digt från sina åtföljande kolväte- eller vätesubstituenter och därmed ej i sådan form ger ett effektivt P-dopnings- ämne i kiselvärdgrundmassan. Tillstånd tillföres dess- utom i dessa materials bandgap, vilka tillstånd tros minska den uppnådda P-dopningsverkningsgraden.

Avsevärda ansträngningar har därför gjorts för att förbättra P-dopningsverkningsgraden för nämnda P-dopnings- ämnen vid glimurladdningsavsatta kiselmaterial. Glimurladd- ningsavsättning av kisel för fotovoltiska och andra app- likationer,som kräver egenledande skikt eller med PN-över- gång utformade utarmningsområden, synes för närvarande vara det föredragna avsättningsförfarandet, eftersom graden av väte- och fluorkompensering samt reducerad tillstândstäthet i det resulterande materialet är över- lägsnaden som uppnås genom avsättning från ångfasen eller genom förstoftning av kisel.

Föreliggande uppfinning avser allmänt ett sätt att mer effektivt P-dopa material i ett satsvis eller kontinuerligt förlopp för glimurladdningsavsättning av kisel i och för framställning av mer effektivt dopade material av P-typ samt PN- och PIN- övergångsdon, som innefattar de mer effektivt P-dopade kiselmaterialen. I den tidigare tek- niken har sätten att framställa P-dopade material varit 456 sen i J '10 15 20 25 30 35 10 begränsade till användning av konventionella dopningsmedels- gaser, såsom diboran, under avsättningsförhållanden som är optimerade för de egenledande materialen. Ingen har hitintills betraktat såsom P-dopningsmedel verkande, gas- formiga boridföreningar (såsom BZH6) och såsom P-dopnings- medel verkande gasformiga metallföreningar som användbara vid glimurladdningsavsättning av amorft (eller polykristal- lint) kisel, avsatt vid substrattemperaturer över ungefär 450°C, som har betraktats ligga utanför det erforderliga temperaturområdet för framställandet av användbart amorft kisel.

Föreliggande uppfinning ingebriper också sättet att framställa ett mer effektivt P-dopat, glimurladdningsavsatt 'kisel genom avsättning av materialet över ungefär 450°C.

Förlusten av fördelarna hos vätekompensering i de kisel- material som avsättes vid dessa höga temperaturer över- vinnes mer än väl genom den ökade verkningsgrad som upp- nås i P-dopningen. Särskilt då det P-dopade avsatta skiktet skall bilda en spärrfri P*>gränsyta med den tillhörande elektroden. Såsom tidigare angivits synes det som om boret eller de metallíska P-dopningsmedelsämnena vid dessa höga temperaturer är så väsentligt skilda från vätet och kolväteämnena i den använda gasformiga föreningen att trecentrumkonfigurationen eller andra ej önskvärda bind- ningskonfigurationer är elimínerade. Den önskade fyrsidiga (tetraedriska) bindningen, vilken är effektiv för P-dop- ning, uppnås sålunda. Fastän P-dopande metallföreningsgaser (dvs Al, Ga, In, dopningsmedel av P-typ vid glimurladdningsavsättningen av Zn och Tl) ej heller var effektiva såsom kísel under användande av substrattemperaturer vid eller under ungefär 400°C, är dessa ämnen goda P-dopningsmedel i form av de gasformiga föreningar som användes vid de mycket högre glimurladdningssubstrattemperaturer som be- skrives häri (dvs temperaturer på åtminstone ungefär 450°C).

Det skall påpekas, att fastän de höga substrattemperaturerna över ungefär 450°C kan resultera i ineffektiv vätekompen- sering av kiselmaterialet materialet fortfarande är effek- tivt fluorkompenserat, eftersom fluor effektivt kombineras ß 456 380 ll med det avsatta kislet vid substrattemperaturer upp till murade: 1oo°c-soo°c. i För amorft kisel som avsättes utan väte- eller fluor- kompensering blir kristalliseringsförloppet betydelsefullt 5 vid substrattemperaturer på ungefär 550°C. För avsättning av amorft kisel med vätekompensering och/eller legering upprätthâlles det amorfa tillståndet i huvudsak upp till substrattemperaturer på ungefär 650°C. För amorft kisel som kompenseras med väte och dopas med bor kvarstår det lo amorfa tillståndet till substrattemperaturer på ungefär 7oo°c. Tinägge: av fiuor, såsom 1 materialen eniigt före- liggande uppfinning, utsträcker det avsatta materialets amorfa tillstånd till ännu högre substrattemperaturer.

Av detta är det klart att föreliggande förlopp ger fluor- 15 kompenserat amorft kisel, dopat med bor, vid substrat- temperaturer över 700°C. Dopningsnivåer, som uppnås med sådana avsättningssubstrattemperaturer att den väte- och fluorkompenserade kiselfilmen förblir i huvudsak amorf, .ful-W f. .'. .~^..; kommer att vara tillräckliga för vissa dopningsanvänd- 20 ningar. För ännu högre dopningsnivåer kan högre avsätt- ningssubstrattemperaturer användas, så att det amorfa materialet kommer att blandas med små kristaller av kisel eller bli i huvudsak polykristallint.

Inbegripandet av små kristaller i det amorfa avsatta 25 kislet eller användandet av i huvudsak polykristallint P-dopat material försämrar ej verkningsgraden hos ett fotovoltiskt PN- eller P+IN+-don. Verkningsgraden försämras ej på grund av att verkningsgraden för P-dopning i poly- kristallint kisel är välkänd och på grund av att den 30 optiska absorptionen hos de små kristallerna kommer att vara mindre än den för det amorfa materialet, varför foton- absorptionen i det fotoaktiva skiktet ej kommer att påver- kas. För amorfa material med höga absorptionskoefficienter hålles P+-skiktet i en P+I+-struktur så tunt som möjligt, 35 mindre än 1000 Å, för minimering av absorptionen av fotoner, eftersom detär ett icke-fotoaktivt skikt. Skikttjockleken ger fortfarande tillräckligt av positiva laddningsbärare för att böja lednings- och valensbanden mellan P+-skiktet A456 380 : 10 15 20 25 30 35 12 och det egenledande skiktet i donet för effektiv fotovol- tisk funktion. Inblandningen av små kiselkristaller i det amorfa kislet försämrar inte verkningsgraden för ett P+I+-don utan kan i stället öka verkningsgraden för ett fotovoltiskt PN-don på grund av den ökade hâlrörligheten och den ökade fotoledningsförmâgan hos det kristallina P-materialet i jämförelse med amorft P-material.

Föreliggande uppfinning avslöjar också ett sätt att eliminera svårigheten med P-dopning genom utnyttjande av ett okonventionellt, icke-gasformigt material såsom ett dopmedel. Sättet innefattar uppvärmning av en solid metall till en hög temperatur för förångning av metallen, var- efter metallångan kontinuerligt eller intermittent matas direkt in i glimurladdningskammaren tillsammans med kisel- avsättningsgaserna. P-dopmedelsmetallerna i en förângad metallisk form är verksamma vid glimurladdningsavsättningen av kisel vid lägre substrattemperaturer, där fluor- och vätekompensering är önskad. Dessa förângade P-dopmedels- metaller kan också utnyttjas med glimurladdningsavsatta kiselfilm vid högre substratttemperaturer, vid vilka väte- kompensering ej erfordras.

Under utnyttjande av föreliggande uppfinning kan P-dopande bor- och metallmaterial avsättas i ett kontinuer- ligt förlopP k kombination med glimurladdningsavsatta amorfa material av N-typ eller egenledande typ för fram- ställning av förbättrade fotovoltiska PN- och PIN-över- gângsdon och liknande don. I det kontinuerliga förloppet glimurladdningsavsättes materialen på ett bansubstrat, allteftersom detta kontinuerligt eller stegvis förflyttas genom skilda avsättningsstationer, som vardera har den substrattemperatur och andra omgivningstillstånd som är nödvändiga för effektiv avsättning av de särskilda önskade kiselfilmerna av P-typ och N-typ och/eller egenledande typ på den kontinuerliga banan. vid det kontinuerliga fram- ställningsförloppet enligt uppfinningen är varje avsätt- ningsstation avdelad för avsättning av ett skikt (P, I eller N), eftersom avsättningsmaterialen förorenar statio- nens bakgrundsomgivning och ej lätt avlägsnas. 10 15 20 25 30 35 456 380 13 Ehuru föreliggande uppfinnings principer gäller ovannämnda kiselhalvledarmaterial av amorf och poly- kristallin typ, hänvisas i åskâdliggörande syfte och för angivande av föredragna utföringsformer av uppfinningen särskilt till gasformigt bor samt gasformiga och förångade P-dopmedelsmetallmaterial, som glimurladdningsavsättes tillsammans med kiselmaterialet vid substrattemperaturer på mellan 450°C och 700°C. Den avsatta filmen kommer att vara fluoridkompenserad över hela substrattemperaturom- rådet, men vätekompenseringen kommer att avta med ökande substrattemperatur. De förângad metall utnyttjande P-dop- medelsmaterialen kan också glimurladdningsavsättas till- sammans med kiselmaterialet vid substrattemperaturer under 400°C för bildande av ett väte- och fluoridkompenserat, P-dopat material.

Genom föreliggande uppfinning är ett sätt att framställa en fotovoltisk panel åstadkommet, vilket sätt kännetecknas av åtgärderna att forma en rulle av en bana av ett böjligt substrat, att rulla ut substratrullen i huvudsak kontinuer- ligt in i ett partiellt evakuerat utrymme, som innefattar åtminstone ett kiselavsättningsomráde, där det över ät- minstone en del av substratet avsättes åtminstone två tunna, böjliga kisellegeringar, vilka har ledningsförmàga av motsatt typ, varvid en eller flera av legeringarna bildar ett eller flera fotovoltiska utarmningsområden, samt att därefter på kisellegeringarna pàföra ett tunt böjligt elektrodbildande skikt pá åtminstone några av de fotovoltiska utarmningsomrádena.

Avsättningen av legeringen av P-typ kan lämpligen innefatta avsättning av ett material, som innefattar åtminstone kisel, genom glimurladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel i atmosfären av partiellt vakuum samt införande under glimurladdningsavsättningen av legeringen av ett av förångad metall bildat P-dop- medelsämne i glimurladdningsomràdet för kiselavsättningen, vilket metallämne avsättes tillsammans med den glimur- laddningsavsatta kisellegeringen för bildande av legeringen av P-typ. \, 456 380 10 15 20 25 30 35 14 Avsättningen av legeringen av P-typ kan härvid vidare innefatta avsättning på substratet, som är uppvärmt till en temperatur åtminstone över 500°C och under 800°C, av ett material, som innefattar åtminstone kisel, genom glimurladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel, i atmosfären av partiellt vakuum samt införande under glimurladdningsavsättningen av legeringen av en gasformig P-dopmedelsförening i glimurladdningsområdet för kiselavsättningen, vilken gasformiga P-dopmedels- förening innefattar åtminstone ett P-dopmedelsämne och en icke-P-dopande substituent samt vilken gasformiga förening sönderfaller i P-dopmedelsämnet och nämnda sub- stituent vid nämnda substrattemperatur pá åtminstone över 500°C, varefter P-dopmedelsämnet kombineras med det sig avsättande kiselmaterialet för bildande av le- geringen av P-typ.

P-dopmedelsämnet kan vara åtminstone ett av aluminium, gallium, indium, zink och tallium. Alternativt kan det vara bor.

Företrädesvis bildas substratet i en huvudsakligen kontinuerlig bana samt avsättes var och en av kiselle- geringarna vid ett separat glimurladdningsområde, förbi vilket banan förflyttas för bildande av ett i huvudsak kontinuerligt avsättningsförlopp.

Genom föreliggande uppfinning är även åstadkommen en apparat för framställning av en fotovoltisk panel av en rulle av en bana av ett böjligt substratmaterial, vilken apparat kännetecknas av organ för bildande av substratet i en i huvudsak kontinuerlig bana, organ för att rulla ut substratrullen i huvudsak kontinuerligt in i ett partiellt evakuerat utrymme, som innefattar åtminstone ett kiselavsättningsomràde, vilket område innefattar organ för avsättning över åtminstone en del av substratet av åtminstone två tunna, böjliga kisel- filmer, vilka har ledningsförmåga av motsatt typ, varvid en eller flera av filmerna bildar ett eller flera foto- voltiska utarmningsomràden, varjämte organen för avsättning ”ÉÛ 10 15 20 25 30 35 456 380 15 _ av kíselfilmerna innefattar organ för avsättning av var och en av kiselfilmerna i ett separat glimurladdningsom- råde, förbi vilket banan förflyttas, för bildande av en i huvudsak kontinuerlig avsättningsprocess, samt organ. för att i det följande på kiselfilmerna påföra ett tunt, böjligt elektrodbildande skikt på åtminstone några av de fotovoltiska utarmningsområdena.

Organen för avsättning av filmen av P-typ kan inne- fatta organ för avsättning av en halvledarvärdmatrisfilm, innefattande åtminstone kisel, genom glimurladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel, i atmosfären av partiellt vakuum samt organ för införande av ett av förångad metall bildat P-dopmedelsmodifierinqsämne i glimurladdningsstationen för kiselavsättning under glim- urladdningsavsättningen av filmen, vilka organ för av- sättning av det metalliska modifieringsämnet avsätter ämnet tillsammans med den glimurladdningsavsatta kisel- filmen för modifiering av denna för bildande av filmen av P-typ.

Alternativt kan organen för avsättning av kisel- filmerna innefatta organ för avsättning av åtminstone en av kisel innehållande filmerna från en kisel inne- hållande förening såsom en i huvudsak amorf film, varvid i varje kiselförening som bildar varje sådan film ingår ett til1ståndstäthetsreducerande ämne, samt organ för införande av åtminstone ett särskilt tillståndstäthets- reducerande ämne, ej erhållet ur föreningen, i glimur- laddningsomrádet, så att dessa ämnen inbegripes i varje i huvudsak amorf, kisel innehållande film som avsättes på substratet i och för ändring av elektronkonfigura- tionerna och alstring av en minskad täthet av lokala tillstànd i dess energigap.

Föreningen kan företrädesvis innefatta fluor och och H . 4 2 Apparaten kan även innefatta organ för att mellan den kan t ex vara en blandning av SiF de P- och N-dopade kiselfilmerna avsätta en egenledande, amorf och kisel innehållande film genom glimurladdning ._ q; 10 15 20 25 30 35 456 380 16 utan närvaro av något P- eller N-dopmedelsmodifierings- ämne.

Den föredragna utföringsformen av föreliggande upp- finning skall beskrivas närmare i det följande under hän- visning till medföljande ritningar. Fig 1 är en schematisk bild av stegen i förloppet för framställning av halvledar- don, som innefattar det P-dopade materialet enligt upp- finningen. Fig 2 är en schematisk bild av en apparat för kontinuerlig avsättning av halvledarfilmerna enligt uppé finningen. Fig 3 är ett blockschema över en âskâdliggörande apparat för utförande av stegen enligt fig l i och för kontinuerligt bildande av de förbättrade P-dopade halv- ledardonen enligt uppfinningen.

Enligt fig l innefattar det första steget (A) vid tillverkandet av donen, som inbegriper det förbättrade materialet av P-typ enligt uppfinningen, bildande av ett substrat 10. Substratet 10 kan bildas av ett oböjligt material, såsom glas, då det gäller ett förlopp för sats- vis framställning, eller av en böjlig bana, såsom aluminium eller rostfritt stål, särskilt då det gäller ett kontinuer- ligt massframställningsförlopp. Den böjliga substratbanan 10 kan således utnyttjas i ett kontinuerligt förlopp för avsättning av de olika skikten av metallelektrodbildande skikt och kiselskikt, allteftersom banan drages genom olika avsättningsstationer, som skall beskrivas längre fram i samband med fig 2 och 3. Substratet 10 av aluminium eller rostfritt stål har företrädesvis en tjocklek på åtminstone 76 um och företrädesvis ungefär 380 um samt har önskad bredd. I det fall då banan 10 är en tunn, böjlig bana är det önskvärt att den köpes i rullar.

Det andra steget (B) innefattar avsättning av ett isolerande skikt 12 ovanpå substratet 10 av aluminium eller rostfritt stål, så att åtskilda, isolerade och elektrodbildande skikt formas därpå, om önskat. Skiktet 12, som exempelvis är ungefär 5 um tjockt, kan framställas av en metalloxid. För ett aluminiumsubstrat är det före- trädesvis aluminiumoxid(A1202) och för ett substrat av 10 15 20 25 30 35 " 456 380 17 rostfritt stål kan det vara kiseldioxid (šiO2) eller annat lämpligt glas. Substratet kan köpas med det isole- rande skiktet 12 i förväg bildat därpå eller kan det isolerande skiktet 12 påläggas ovanpå substratytan 10 i ett konventionellt tillverkningsförlopp, exempelvis genom kemisk avsättning, avsättning från ångfasen eller eloxidering i fallet med aluminiumsubstrat. De två skikten, dvs substratet l0 och oxidskiktet 12, bildar ett isolerat substrat 14. _ Det tredje steget (C) innefattar avsättning av ett eller flera elektrodbildande skikt 16 på det isolerande substratet 14 för formning av ett baselektrodsubstrat l8 för det övergångsdon som skall bildas därpå. Metall; elektrodskiktet eller skikten 16 avsättes företrädesvis från ångfasen, vilket är ett relativt snabbt avsättnings- förlopp. Elektrodskikten är företrädesvis reflekterande metallelektroder av molybden, aluminium, krom eller rost- fritt stål för ett fotovoltiskt don. Den reflekterande elektroden är föredragen, eftersom i en solcell icke-absor- berat ljus, som passerar genom halvledarmaterialet, reflek- teras från elektrodskikten 16, där det åter passerar genom halvledarmaterialet, som då absorberar mer av ljusenergin för ökning av donets verkningsgrad.

Baselektrodsubstratet 18 placeras sedan i en omgivning för glimurladdníngsavsättning, såsom den kammare som beskrives i US patentskriften 4 226 898, eller en apparat för ett kontinuerligt förlopp, såsom diskuterad i det följande i samband med fig 2 och 3. De särskilda exempel som är visade i stegen Dl-D5 är blott och bart åskådlig- görande för de olika PIN- eller PN-övergângsdon som kan tillverkas under utnyttjande av de förbättrade P-dopnings- sätten och -materialen enligt uppfinningen. Vart och ett av donen framställes under användning av baselektrodsubstra- tet 18. Vart och ett av de i Dl-DS åskâdliggjorda donen har kiselfilmer med en total tjocklek på mellan ungefär 5000 Å och 30000 Å. Denna tjocklek säkerställer att det ej finns nâgra nâlstick eller andra fysiska fel i struktu- fu- 10 15 20 25 30 35 456 380 ' r 18 ren samt att ljusabsorptionsverkningsgraden är maximal.

Ett tjockare material kan absorbera mera ljus, men vid viss tjocklek kommer det ej att alstra mer ström, eftersom den större tjockleken tillåter mer rekombination av de ljusalstrade elektron-hålparen. (Det är underförstått att tjocklekarna på de olika skikt som är visade i Dl-DS ej är ritade i skalalï I steget Dl, till vilket först hänvisas, bildas ett NIP-don genom att först ett kraftigt dopat N+-kiselskikt 20 avsättes på substratet 18. När väl N+-skiktet 20 är avsatt avsättes ett egenledande (I) kiselskikt 22 därpå.

Det egenledande skiktet 22 följes av ett kraftigt dopat P+-ledande kiselskikt 24, vilket avsättes som det sista helvieaerskiktet. xiselskikteo zo, 22 ooh 24 bilder de ' aktiva skikten i.ett NIP-don 26. Ehuru vart och ett av de i stegen Dl-D5 åskâdliggjorda donen kan ha andra användningsområden, kommer de nu att beskrivas såsom foto* voltiska don. Utnyttjat som ett fotovoltiskt don är det valde yttre Pïskiktet 24 ett skikt med låg ljusebsorption och hög ledningsförmåga. Det egenledande skiktet 22 är ett skikt med hög absorption, låg ledningsförmåga och hög fotoledning över N+-skiktet 20 med låg ljusabsorption och hög'ledningsförmâga. Såsom tidigare angivits är den totala dontjockleken mellan elektrodskiktets 16 inre yta och den övre ytan av P+-skiktet 24 av storleksordningen åtminstone ungefär 5000 Å. Tjockleken av det N+~dopade skiktet 20 ligger företrädesvis i området från ungefär 50 Å till 500 Å. Tjockleken av det amorfa, egenledande skiktet 22 ligger företrädesvis mellan ungefär 5000 Å och aoooo A. 'rjookleken av det övre Pïkontektskiktet 24 ligger företrädesvis också mellan ungefär 50 Å och S00 Å.

Som följd av den kortare diffusionslängden för hålen kommer P+-skiktet i allmänhet att vara så tunt som möjligt av storleksordningen 50-150 A. net yttre skiktet (här P+- skiktet 24) kommer vidare, oavsett om det är av N+- eller P+-typ, att hållas så tunt som möjligt för undvikande av ljusabsorption i det kontaktskiktet. 10 15 20 25 30 35 : 456 380 19 Vart och ett av skikten kan avsättas på baselektrod- substratet 18 medelst en konventionell glimurladdnings- kammare , beskriven i ovannämnda US patentskrift 4 226 898, eller företrädesvis i ett kontinuerligt förlopp, beskrivet nedan i samband med fig 2 och 3. I vartdera fallet evakue- ras glimurladdningssystemet från början till ungefär 20 mtorr för att rensa bort eller eliminera föroreningar i atmosfären från avsättningssystemet. Kiselmaterialet matas sedan företrädesvis in i avsättningskammaren i form av en gasformig förening, allra mest fördelaktigt såsom kiseltetrafluorid (SiF4). Glimurladdningsplasmat erhålles företrädesvis ur en kiseltetrafluorid- och vätgasblandning (H2) med ett föredraget kvotområde från ungefär 4:1 till 10:l. Avsättningssystemet drives företrädesvis vid ett tryck i området från ungefär 0,3 torr till 1,5 torr, före- trädesvis mellan 0,6 torr och 1,0 torr, såsom ungefär 0,6 torr.

Halvledarmaterialet avsättes från ett självunderhâllet plasma på substratet, vilket är uppvärmt, företrädesvis medelst infraröda medel till den önskade avsättnings- temperaturen för varje skikt. Donens P-dopade skikt avsät- tes vid särskilda temperaturer som är beroende av formen av använt P-dopningsmaterial. Den förångade P-dopmedel- metallens ångor kan avsättas vid de lägre temperaturerna vid eller under ungefär 400°C där ett väl kompenserat kiselmaterial önskas, men det kan avsättas vid högre temperaturer upp till ungefär lO00°C. Den övre gränsen på substrattemperaturen är delvis beroende av det slag av metallsubstrat l0 som utnyttjas. För aluminium bör den övre temperaturen ej vara över ungefär 60000 och för rost- fritt stål kan den vara över ungefär l000°C. Om ett väl kom- penserat amorft kiselskikt skall framställas, vilket är nöd- vändigt för bildande av det egenledande skiktet i ett NIP- eller PIN-don, skall substrattemperaturen vara lägre än ungefär 4oo°c och företrädesvis ungefär 3oo°c.

För avsättning av ett amorft, P-dopat vätekompenserat kiselmaterial under utnyttjande av förångade metallångor 2456 sso 10 15 20 25 30 35 20 enligt uppfinningen ligger substrattemperaturen i området _frân ungefär 200°C till 40006, företrädesvis i området från ungefär 2so°c uu aso°c qchßnszwärt ungefär 3oo°c.

För avsättning av kiselhalvledarmaterialet under utnyttjande av P-dopmedelsgaserna enligt uppfinningen ligger substrattemperaturen i området från ungefär 450°C till 800°C, företrädesvis i omrâdet från ungefär 500°C 1-.111 7oo°c.

Dopningskoncentrationerna varieras för åstadkomande av den önskade ledningsförmågan av P-, P+-, N- eller N+-typ, allteftersom skikten avsättes för varje don. För N- eller P-dopade skikt dopas materialet med 5-100 ppm av dopmedels- material, allteftersom det avsättes. För N+- eller P+-dopade skikt dopas materialet med från 100 ppm till över 1% av dopmedelsmaterialet allteftersom det avsättes. N-dopmedels- materialet kan vara fosfin eller arsin i ovanstående mängder.

P-dopmedelsmaterialet kan vara de uppfinningsenliga material som avsättes vid respektive substrattemperaturer, företrä- desvis i omrâdet från 100 ppm till över 5000 ppm för P+- materialet.

Glimurladdningsavsättningsförloppet inbegriper ett växelströmssignalalstrat plasma, i vilket material införes.

Plasmat underhålles företrädesvis mellan en katod och substratanoden med hjälp av en växelströmssignal på ungefär från 1 kHz till 13,6 MHz. ~ Ehuru uppfinningens P-dopningssätt och -material kan utnyttjas i don med olika amorfa kiselhalvledarmaterial- skikt, är det lämpligt att de utnyttjas med fluor- och vätekompenserade, glimurladdningsavsatta material, vilka avslöjas i US patentskriften 4 226 898. I detta fall avsättes en blandning av kiseltetrafluorid och väte som ett amorft kiselkompenserat material vid eller under unge- fär 400°C för de egenledande skikten och skikten av N-typ.

I de i D2, D3 och DS visade exemplen kan P+-skiktet, som är placerat på elektrodskiktet 16, avsättas vid en högre substrattemperatur över ungefär 450°C, som kommer att ge ett fluorkompenserat material. Materialet kommer då 10 15 20 25 30 35 456 380 21 -att vara effektivt vätekompenserat, eftersom vätet ej effektivt avsättes tillsammans med kislet vid de högre substrattemperaturomrâdena utan kommer att svepas bort med utblåsningsgaserna. ne den som a: aekåaliggjerae i m., een m4, där P*- skikten befinner sig på den yttre sidan av det egenledande I-skiktet, kan ej ha vid hög temperatur avsatta P+-skikt, eftersom substratavsättningstemperaturer över ungefär 450°C skulle förstöra den på vätekompensering grundade egenskapen hos skikten, varvid det egenledande I-skiktet är ett skikt som kan vara ett väl väte- och fluorkompen- serat amorft skikt i ett fotovoltiskt don. Skikten av N- och N+-typ i vartdera av donen avsättes också före- trädesvis i amorf fluor- och vätekompenserad form. De konventionella N-dopmedelsmaterialen avsättes lätt till- sammans med kiselmaterialet vid de lägre temperaturerna under ungefär 400°C och resulterar i hög dopningsverknings- grad. I Dl och D4 är således i dessa strukturer vart och ett av ekikten emerft kieel och Pïekiktet bildas bäst med en av de förångade P-dopmedelsmetallângorna vid en substrattemperatur på eller under ungefär 400°C. Använd- ning av gasformiga metall- eller borföreningsmaterial som P-dopmedel, vilka kräver höga substrattemperaturer, är också möjlig, förutsatt att temperaturen ej når ett värde, som förstör egenskaperna hos de underliggande amorfa skikten.

Det andra donet 26' som är åskâdliggjort i D2 har motsatt konfiguration relativt PIN-donet i Dl. I donet 26' avsättes först ett P+-skikt 28 på baselektrodsubstratet 18, följt av ett egenledende skikt so samt ett yttre Nïskikt 32.

I detta don kan P+-skiktet avsättas vid vilken som helst substrattemperatur i uppfinningens område.

De i D3 och D4 âskådliggjorda donen 26" och 26"' har också motsatt konfiguration, varvid de utgör PN- resp NP-övergångsdon. I donet 26" avsättes ett amorft P+-kiselskikt 34 på baselektrodsubstratet 18, därefter ett amorft P-kiselskikt 36, sedan ett amorft N-kisel- skikt 38 och.slutligen ett yttre amorft N+-kiselskikt 40. 456 380 e 10 15 20 30 35 22 I donet 26"' följes den motsatta ordningen med först avsättning av ett amqrft N+-kiselskikt 42, sedan ett N-skikt 44, ett amorft P-kiselskikt 46 och slutligen ett yttre, amorft P+-kiselskikt 48.

En andra typ av PIN-övergângsdon 26"" är åskådlig- gjord i D5. I detta don avsättes ett första amorft P+- skikt 50, sedan ett egenledande amorft kiselskikt 52, ett amorft kiselskikt 54 ocn ett yttre amorft N+-kisel- skikt 56. (Den ej âskâdliggjorda motsatsen till denna konstruktion kan också utnyttjas.) Efter glimurladdningen av de olika halvledarskikten i den önskade ordningen utföres ett femte steg (E), före- trädesvis i en separat avsättningsomgivning. En ångavsätt- ningsomgivning är önskvärd att utnyttja, eftersom det är ett snabbare avsättningsförlopp än glimurladdníngs- förloppet. I detta steg tillägges ett TCO-skikt 58 (genomsynlig ledande oxid) exempelvis till donet 26, vilket skikt kan vara indium-tennoxid (ITO), kadmium- stannat (Cd2Sn04) eller dopad tennoxid (Sn02).

Efter TCO-skiktet 58 kan ett valfritt sjätte steg (F) utföras för åstadkommande av ett elektrodgaller 60.

Gallret 60 kan placeras ovanpå TCO-skiktet 58 i beroende av slutstorleken för de utnyttjade donen. I ett don med en mindre area än ungefär 13 cmz är TCO-skiktet till- .fackligt ledande för ett enöaiggöre ett elektredgalxer för god verkningsgrad. Om donet har större area eller om TCO-skiktets ledningsförmåga är sådan att det är önsk- värt så kan elektrodgallret 60 placeras på TCOeskiktet för att korta laddningsbärarbanan och öka donens lednings- verkningsgrad.

Sâsom diskuterat ovan kan donen 26 -.26"" fram- ställas på beskrivet sätt i en konventionell glimurladd- ningskammare, men de framställes företrädesvis i ett kontinuerligt förlopp, såsom allmänt åskådliggjort 1 fig 2.

I fig 2 åskådliggöres schematiskt den kontinuerliga behandlingen för ett avsättningsomrâde. Baselektrod- substratet 18 lindas av från en utmatningsspole 62 923 5.75. 10 15 20 25 30 35 456 380 _ 23 kring två valsar 64 och 66, som mellan sig bildar ett plant avsättningsområde 68. Substratet 18 står i elektrisk kontakt med valsen 66, som är kopplad till jord medelst en ledare 70. Substratet i det plana omrâdet 68 bildar en anod, som är inställbart skild från en katodplatta 72.

Katoden är kopplad till utgångsanslutningen från en radiofrekvenskälla 74. Området mellan anodområdet 68 och katoden 72 bildar ett plasmaglimurladdningsavsättnings- omrâde 76. ü Ehuru ej visat är vart och ett av elementen i fig 2 inneslutet i ett evakuerat utrymme för isolering av glim- urladdningsområdet 76 från den omgivande miljön. Avsätt- ningsgaserna införes i plasmaområdet 76 såsom åskådliggjort med en pil 78. Dopmedelsmaterialet kan införas i ett andra strömflöde, såsom åskådliggjorts med en pil 80, eller kan dopmedelsinflödet kombineras med avsättnings- gaserna. Ütblåsningsgaserna avlägsnas från plasmaområdet 76 och systemet såsom angivet med en pil 82.

Avsättningsområdet i fig 2 kan utnyttjas vid satsvis tillverkning genom införande av den rätta gasblandningen för bildande av varje önskat skikt i följd. Vid ett kontinuerligt förlopp kan endast ett materialslag avsättas vid en enda genomgång av substratet 18 genom plasmaområdet från utmatningsspolen 62 till en upptagningsspole 84, men spolarnas arbete kan kastas om vid slutet av banan 18 och ett andra samt efterföljande skikt kan avsättas vid successiva genomgångar genom plasmaområdet 76 med införan- det av det önskade dopmedelsmaterialet för varje genomgång.

Temperaturen hos substratet 18 kan regleras medelst en eller flera infraröda värmelampor eller andra källor 86.

Glimurladdningsavsättningen kan ske med en ganska långsam takt på 2-5 Å materialtjocklek avsatt per sekund. Under förutsättning av en 5000 Å tjock avsättning av halvledar- material på substratet 18 skulle med en avsättningstakt på 5 Å per sekund avsättningen ta ungefär 1000 sekunder att fullständiga. Detta är naturligtvis möjligt men det är lämpligt att avsätta skikten på substraten 18 i ett 10 15 20 25 30 35 456 380 24 antal avsättningsstationer för att öka avsättningstakten, såsom âskâdliggjorts i fig 3.

I fig 3, vartill hänvisas, visas ett blockschema över hela systemet för utförande av förloppen enligt stegen C, D och E i fig 1. Steget C kan utföras3.en ångavsättnings- kammare 88. Det oxiderade substratet 14 matas ut från en utmatningsspole 90 in i och genom kammaren 88, där elektrodskiktet avsättes på substratet för bildande av baselektrodsubstratet 18, och sedan till en upptagnings- spole 92. Avsättningsförloppet kan iakttagas genom en observationsöppning 94 visuellt eller medelst övervakande och styrande instrument.

Elektrodskiktet kan bildas med ett gallermönster medelst en mask 96 1 form av en liknande bana som substra- tet 14. Masken 96 matas ut från utmatningsspolen 98 inriktad med substratet 14, allteftersom detta passerar genom kammaren 88, och sedan till en upptagningsspole 100.

Efter avsättningen av elektrodskiktet matas baselektrod- substratet 18 successivt in i och genom ett flertal glim- urladdningskamrar 102, 102' och l02", som vardera inne- fattar ett området 76 likartat plasmaomrâde jämte de andra glimurladdningselementen som är åskådliggjorda i fig 2.

Samma hänvisningsnummer har utnyttjats i vardera figuren för identifiering av identiska eller i huvudsak identiska element. Det är också möjligt att alla kammaravsättnings- områdena 76 är inneslutna i en enda kammare isolerade från varandra. 2 NIP-donet 26 enligt Dl kommer att utnyttjas för att beskriva följande särskilda kontinuerliga avsättnings- exempel. I detta fall matas baselektrodsubstratet 18 ut från utmatningsspolen 62 in i kammaren 102. Avsätt- ningsgasen, såsom i förväg blandad kiseltetrafluorid och väte, matas in i avsättningsområdet 76, såsom angivet med pilen 78. Dopmedelsmaterialet, såsom fosfin, matas in i avsättningsområdet 76, såsom angivet med pilen 80. Utblâs- ningsgaserna avlägsnas från kammaren, såsom angivet med pilen 82. 10 15 20 25 30 35 456 380 25 I beroende av den önskade avsättningshastigheten och tjockleken för det N+-skikt 20 som skall avsättas kan det finnas en eller flera kamrar 102, som vardera avsätter det Nflaopaae slakta: zo. var och en av kamrarna 102 där kopplad medelst en isoleringskanal 104. Utloppet 82 från varje kammare 102 bör vara tillräckligt för att isolera var och en av kamrarna, men en inert bärargas kan släppas in i varje kanal 104, såsom angivet med en pil 1061 för att blåsa kanalen 104 ren från eventuella gaser från kammaren på vardera sidan om kanalen. Dopningskoncentra- tionerna kan varieras i var och en av de successiva kamrarna för gradering av skikten, om önskat.

Till kammaren 102' matas endast de i förväg blandade avsättningsgaserna kiseltetrafluorid och väte, visat medelst pilen 78' i detta exempel, eftersom det egen- ledande skiktet 22 avsättes utan att något dopmedels- material införes. Det kan åter finnas ett flertal kamrar 102' för att öka avsättningshastigheten för skiktet 22.

Eftersom var och en av kamrarna 102, 102' etc utför av- sättning på samma kontinuerliga bana anpassas vidare antalet avsättningsområden 76 för varje skikt och områdenas storlek till avsättning av de önskade skikttjocklekarna för varje typ av skikt för det don som skall bildas, här NIP-donet 26.

Substratet 18 matas sedan in i kammaren 102", som tillföres avsättningsgaserna, såsom angivet med pilen 78".

P-dopmedelsmaterialet matas in i avsättningsområdet, såsom angivet med pilen 80". I detta exempel är P-dop- medlet förångad metallånga, eftersom P+-skiktet 24 påföres över de amorfa N+- ochïï-skikten. Det kan åter finnas en eller flera kamrar 102" och.filmen 26 från den sista kammaren 102" lindas upp på upptagningsspolen 84.

En mask 108, som är förenlig med elektrodmasken 96, kan matas ut från en utmatningsspole 110 och föras genom de successiva kamrarna 102 inriktad med substratet 18.

Masken 108 tages upp på en upptagningsspole 112 efter 10 15 20 25 30 456 380 ß 26 den sista kammaren l02”'.

Donfilmen 26 matas sedan in i en ângavsättningskammare 114 för avsättning av TCO-skiktet 58 i steget E. Filmen 26 matas ut från en utmatningsspole 116 genom kammaren 114 till en upptagningsspole 118. En lämplig mask 120 kan utnyttjas och matas från en utmatningsspole 122 till en upptagningsspole 124. Om elektrodgallret 6D önskas, kan det påföras i en likartad ångavsättningskammare med en lämplig mask (ej visad).

För tillverkning av ett särskilt don, såsom PIN- donet 26', är var och en av kamrarna 102, 102' och l02" avdelade för avsättning av ett särskilt filmskikt. Såsom angivet ovan är var och en av kamrarna avdelad för avsätt- ning av ett skikt (P, I eller N), eftersom avsättnings- materialen för andra skikt förorenar kammarbakgrundsomgiv- ningen. För optimering av varje skikt i PN- eller PIN- donet är det avgörande att dopmedel från de andra slagen av skikt ej är förefintliga, eftersom de kommer att störa de föredragna elektriska egenskaperna hos skiktet. Vid avsättning av exempelvis ett P- eller N-skikt först skapar en förorening av det följande egenledande skiktet genom det kvarvarande P- eller N-dopmedlet lokala tillstånd i det egenledande skiktet. Genom föroreningen kommer således donets verkningsgrad att sänkas. Problemet med förorening, som förorsakar den lägre verkningsgraden hos donen, har påträffats då en särskild avsättningskammare användes för framställning av successiva skikt i PN- eller PIN- don. Föroreningen av kammarmiljön avlägsnas ej enkelt, varför det för närvarande ej är möjligt att utnyttja en enda kammare för fler än ett skikt i en kontinuerlig process, eftersom andra skikt förorenas av de restmaterial som kvarstår i bakgrundsomgivningen.

Claims (31)

10 15 20 25 30 35 ' 456 380 27 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa en fotovoltisk panel, k ä n - n e t e c k n a t av åtgärderna att forma en rulle av en bana av ett böjligt substrat, att rulla ut substrat- rullen i huvudsak kontinuerligt in i ett partiellt eva- kuerat utrymme, som innefattar åtminstone ett kisel- avsättningsomràde, där det över åtminstone en del av substratet avsättes åtminstone två tunna, böjliga kisel- legeringar, vilka har ledningsförmåga av motsatt typ (P och N), varvid en eller flera av legeringarna bildar ett eller flera fotovoltiska utarmningsområden, samt att därefter på kisellegeringarna påföra ett tunt böjligt elektrodbildande skikt pá åtminstone några av de foto- voltiska utarmningsomrâdena.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att avsättningen av legeringen av P-typ innefattar avsättning av ett material, som innefattar åtminstone kisel, genom glimurladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel i atmosfären av partiellt vakuum samt införande under glimurladdningsavsättningen av legeringen av ett av förángad metall bildat P-dop- medelsämne i glimurladdningsområdet för kiselavsättningen, vilket metallämne avsättes tillsammans med den glim- urladdningsavsatta kisellegeringen för bildande av le- geringen av P-typ.

3. Sätt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att avsättningen av legeringen av P-typ innefattar avsättning på substratet, som är uppvärmt till en tem- peratur åtminstone över 500°C och under 800°C, av ett material, som innefattar åtminstone kisel, genom glim- urladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel, i atmosfären av partiellt vakuum samt införande under glimurladdningsavsâttningen av legeringen av en gasformig P-dopmedelsförening i glimurladdningsomràdet för kiselavsättningen, vilken gasformiga P-dopmedels- förening innefattar åtminstone ett P-dopmedelsämne och 456 380 10 15 20 25 30 35 28 en icke-P-dopande substituent samt vilken gasformiga förening sönderfaller i P-dopmedelsämnet och nämnda _substituent vid nämnda substrattemperatur på åtminstone över 500°C, varefter P-dopmedelsämnet kombineras med det sig_avsättande kiselmaterialet för bildande av le- geringen av P-typ.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-3, k ä n - n e t e c k n a t därav, att P-dopmedelsämnet är åt- minstone ett av aluminium, gallium, indium, zink och tallium.

5. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att P-dopmedelsämnet är bor.

6. Sätt enligt något av patentkraven 1-3, k ä n - n e t e c k n a t därav, att substratet bildas i en huvudsakligen kontinuerlig bana samt att var och en av kisellegeringarna avsättes vid ett separat glimur- laddníngsområde, förbi vilket banan förflyttas för bil- dande av ett i huvudsak kontinuerligt avsättningsför- lopp.

7. Sätt enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - n a t därav, att vart och ett av områdena är avsett för avsättning av en legeringstyp, varvid varje typ av avsättningsområdet är isolerad från andra områden.

8. Sätt enligt något av patentkraven l-7, k ä n - n e t e c k n a t därav, att föreningen innefattar fluor och/eller väte.

9. Sätt enligt något av patentkraven l-7, k ä n - n e t e c k n a t därav, att föreningen är åtminstone en blandning av SiF4 och H2 i förhållandet 4:1 - 10:1.

10. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av åtgärderna att bilda ett eller flera elektrod- bildande omräden på substratet, att avsätta filmerna över åtminstone några av de elektrodbildande områdena samt att bilda det böjliga, elektrodbildande skiktet àtskilt för vart och ett av de fotovoltiska utarmnings- områdena.

ll. Apparat för framställning av en fotovoltisk w '2- 10 15 20 25 30 35 456 380 29 panel av en rulle av en bana av ett böjligt substrat- material, k ä n n e t e c k n a d av organ för bil- dande av substratet i en i huvudsak kontinuerlig bana, organ för att rulla ut substratrullen i huvudsak konti- nuerligt in i ett partiellt evakuerat utrymme, som inne- fattar åtminstone ett kiselavsättningsområde, vilket område innefattar.organ för avsättning över åtminstone en del av substratet av åtminstone två tunna, böjliga kiselfilmer, vilka har ledningsförmåga av motsatt typ (P och N), varvid en eller flera av filmerna bildar ett eller flera fotovoltiska utarmningsområden, varjämte organen för avsättning av kiselfilmerna innefattar organ för avsättning av var och en av kiselfilmerna i ett separat glimurladdningsområde, förbi vilket banan för- flyttas, för bildande av en i huvudsak kontinuerlig avsättningsprocess, samt organ för att i det följande på kiselfilmerna påföra ett tunt, böjligt elektrodbil- dande skikt på åtminstone några av de fotovoltiska ut- armningsområdena.

12. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - t e c k n a d därav, att organen för avsättning av filmen av P-typ innefattar organ för avsättning av en halvledarvärdmatrisfilm, innefattande åtminstone kisel, genom glimurladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel, i atmosfären av partiellt vakuum samt organ för införande av ett av förångad metall bildat P-dopmedelsmodifieringsämne i glimurladdningsstationen för kiselavsättning under glimurladdningsavsättningen av filmen, vilka organ för avsättning av det metalliska modifieringsämnet avsätter ämnet tillsammans med den glimurladdningsavsatta kiselfilmen för modifiering av denna för bildande av filmen av P-typ.

l3. Apparat enligt patentkravet 12, k ä n n e - t e c k n a d därav, att det av förångad metall bildade modifieringsämnet är åtminstone ett av aluminium, gallium, indium, zink och tallium.

14. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - 456 380 10 15 20 25 30 35 o 30 t e c k n a d därav, att organen för avsättning av filmen av P-typ innefattar organ för att på substratet, upphettat till åtminstone en temperatur över 500°C och under 800°C, avsätta en halvledarvärdmatrisfilm, som innefattar åtminstone kisel, genom glimurladdning av en förening, som innehåller åtminstone kisel, i atmo- sfären av partiellt vakuum, organ för införande av en gasformig P-dopmedelsförening i glimurladdningsområdet för kiselavsättning under glimurladdningsavsättningen av filmen, vilken gasformiga P-dopmedelsförening inne- fattar åtminstone ett P-dopmedelsmodifieringsämne och en icke-P-dopande substituent och vilken gasformiga förening sönderfaller i P-dopmedelsmodifieringsämnet och nämnda substituent vid nämnda substrattemperatur på åtminstone över 500°C, samt organ för att kombinera P-dopmedelsmodifieringsämnet med det sig avsättande kislet för modifiering av kiselhalvledarmaterialet och bildande av filmen av P-typ.

15. Apparat enligt patentkravet 14, k ä n n e - t e c k n a d därav, att P-dopmedelsmodifieringsämnet är åtminstone ett av aluminium, gallium, indium, zink och tallium.

16. Apparat enligt patentkravet 14, k ä n n e - t e c k n a d därav, att P-dopmedelsmodifieringsämnet är bor.

17. Apparat enligt patentkravet-16, k ä n n e - t e c k n a d därav, att den gasformiga föreningen är diboran.

18. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - t e c k n a d därav, att organen för avsättning av kiselfilmerna innefattar organ för avsättning av åtminstone en av de kisel innehållande filmerna från en kisel inne- hållande förening såsom en i huvudsak amorf film, varvid i varje kiselförening som bildar varje sådan film ingår ett tillstândstäthetsreducerande ämne, samt organ för införande av åtminstone ett särskilt tillstândstäthets- reducerande ämne, ej erhållet ur föreningen, i glimur- laddningsomrádet, så att dessa ämnen inbegripes i varje 10 15 20 25 30 35 456 380 31 i huvudsak amorf, kisel innehållande film som avsättas på substratet i och för ändring av elektronkonfigura- tionerna och alstring av en minskad täthet av lokala tillstånd i dess energigap.

19. Apparat enligt patentkravet 18, k ä n n e - t e c k n a d därav, att föreningen innefattar fluor.

20. Apparat enligt patentkravet 18, k ä n n e - t e c k n a d därav, att föreningen är åtminstone en blandning av SiF4 och H2.

21. Apparat enligt patentkravet 18, k ä n n e - t e c k n a d därav, att föreningen är åtminstone en blandning av SiF4 och H2 i förhållandet {:l ~ l0:l.

22. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - t e c k'n a d därav, att organen för avsättning av den P-dopade, kisel innehållande filmen innefattar organ för avsättning av den P-dopade filmen till en tjocklek på mindre än 1000 Å.

23. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - t e c k n a d av organ för att mellan de P- och N-dopade kiselfilmerna avsätta en egenledande, amorf och kisel innehållande film genom glimurladdning utan närvaro av något P- eller N-dopmedelsmodifieringsämne.

24. Apparat enligt patentkravet 23, k ä n n e - t e c k n a d därav, att varje avsättningsomráde är' avsett för avsättning av en filmtyp, varvid varje område är isolerat från andra områden.

25. Apparat enligt patentkravet 24, k ä n n e - t e c k n a d därav, att vart och ett av de avsedda avsättningsomrádena är beläget i en av ett flertal av- sedda glimurladdningskamrar, som är isolerade från var- andra.

26. Apparat enligt patentkravet 25, k ä n n e - t e c k n a d därav, att de avsedda glimurladdnings- kamrarna är isolerade från varandra av gasflödesorgan.

27. Apparat enligt patentkravet 26, k ä n n e - t e c kan a d därav, att de avsedda glimurladdnings- kamrarna är kopplade till varandra medelst en isole- 456 380 10 15 20 32 ringskanal, genom vilken substratet föres.

28. Apparat enligt patentkravet 25, k ä n n e - t e c k n a d därav, att de avsedda kamrarna innefattar organ för uppvärmning av substratet.

29. Apparat enligt patentkravet 24, k ä n n e - t e c k n a d därav, att vart och ett av avsåttnings- områdena har en längd, längs vilken substratet föres och vilken är proportionell mot tjockleken av den totala _fi1men för avsättning av rätt tjocklek av filmen på substratet under en enda genomföring.

30. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - t e c k n a d av organ för bildande av ett eller flera elektrodbildande områden på substratet, organ för av- sättning av filmerna över åtminstone några av de elektrod- bildande områdena samt organ för bildande av det tunna, böjliga och elektrodbildande skiktet åtskilt för vart och ett av de fotovoltiska utarmningsomràdena.

31. Apparat enligt patentkravet ll, k ä n n e - t e c k n a d av organ för att isolera substratet från omgivningen under det att det föres genom vart och ett av glimurladdningsomrâdena.