SE456625B - SET TO MANUFACTURE SOLAR CELLS - Google Patents
SET TO MANUFACTURE SOLAR CELLSInfo
- Publication number
- SE456625B SE456625B SE8503834A SE8503834A SE456625B SE 456625 B SE456625 B SE 456625B SE 8503834 A SE8503834 A SE 8503834A SE 8503834 A SE8503834 A SE 8503834A SE 456625 B SE456625 B SE 456625B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- layer
- nickel
- aluminum
- silicon substrate
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 70
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 49
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 41
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 39
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 22
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 claims description 15
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 15
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 2
- -1 fluoride ions Chemical class 0.000 claims 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 30
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 8
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus decaoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 238000005231 Edge Defined Film Fed Growth Methods 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XMIJDTGORVPYLW-UHFFFAOYSA-N [SiH2] Chemical compound [SiH2] XMIJDTGORVPYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N ammonium fluoride Chemical compound [NH4+].[F-] LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000008366 buffered solution Substances 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- KERTUBUCQCSNJU-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);disulfamate Chemical compound [Ni+2].NS([O-])(=O)=O.NS([O-])(=O)=O KERTUBUCQCSNJU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L platinum dichloride Chemical compound Cl[Pt]Cl CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Description
456 625 10 15 20 25 30 35 2 övervägande vid utformning av en celltillverkningssek- vens att kombinationen av tid och temperatur vid vilket steg som helst som följer efter vätepassiveringen inte bör orsaka att vätet som införts in i kislet diffunderar tillbaka ut frán det passiverade substratet. Sålunda har man t ex funnit att en vätepassiverad cell, som utsatts för en temperatur av 600°C under en halvtimma i vakuum, förlorar huvudsakligen allt bundet väte och återgår till sin tidigare passiveringsnivå, såsom fram- går av observation av den av en elektronstrâle induce- rade strömaktiviteten. Det bör i detta avseende note- ras att övergångsdiffusionssteget vid solcelltillverk- ning typiskt inbegriper temperaturer av storleksord- ningen 900°C. 456 625 10 15 20 25 30 35 2 Considering when designing a cell fabrication sequence that the combination of time and temperature at any step following the hydrogen passivation should not cause the hydrogen introduced into the silicon to diffuse back out of the passivated substrate. Thus, for example, it has been found that a hydrogen passivated cell, which has been exposed to a temperature of 600 ° C for half an hour in vacuum, loses substantially all of the bound hydrogen and returns to its previous level of passivation, as evidenced by the induction of an electron beam. - reduced power activity. In this regard, it should be noted that the transition diffusion step in solar cell production typically involves temperatures of the order of 900 ° C.
Man har också funnit att vätepassivering normalt upphettar cellen till en tillräckligt hög temperatur för att orsaka att oädla metaller, såsom koppar, migre- rar genom övergången, och därigenom orsakar en "mjuk" diod eller kortslutning. Såsom t ex visats av C. H.It has also been found that hydrogen passivation normally heats the cell to a sufficiently high temperature to cause base metals, such as copper, to migrate through the junction, thereby causing a "soft" diode or short circuit. As shown, for example, by C. H.
Seager, D. J. Sharp, J. K. G. Panitz, och R. V. D'Aiello i Journal of Vacuum Science and Technology, vol 20, nr 3, sid 430 - 435 (mars 1982), kan passivering av polykristallint kisel genomföras med en jonkälla av Kaufman-typ, som används för att alstra en vätejonstråle i kiloelektronvoltområdet. Relativt korta exponerings- tider (t ex mellan 0,5 och 4 min) i ett intervall med hög jonenergi och stort flöde (t ex l - 3 mA/cmz) vi- sar sig vara optimala. Sådana exponeringar resulterar i allmänhet i att temperaturen i substratet stiger till åtminstone ca 275°C, om substratet omsorgsfullt bringas i kontakt med ett lämpligt kyldon. Annars upp- nås med lätthet temperaturer överstigande 400°C. Det är emellertid viktigt att temperaturerna begränsas till mindre än ca 300°C för att undvika snabb migra- tion av oädla metaller i kiselmatrisen. Manipulering med substratet och kyldonet för att åstadkomma värme- reglering under passivering blir emellertid lätt den 10 15 20 25 30 35 456 625 3 hastighetsbegränsande faktorn vid högproduktiv behand- ling med sådana jonkällor. Följaktligen är det önskvärt att undvika kylning i syfte att erhålla ett billigt, högproduktivt förfarande. Dessutom försvårar ytoregel- bundenheterna hos kiselband av EFG-typ, som kan till- verkas lönsamt, kylning.Seager, DJ Sharp, JKG Panitz, and RV D'Aiello in Journal of Vacuum Science and Technology, vol 20, no. 3, pages 430 - 435 (March 1982), polycrystalline silicon passivation can be performed with a Kaufman-type ion source, which is used to generate a hydrogen ion beam in the kiloelectron voltage range. Relatively short exposure times (eg between 0.5 and 4 min) in an interval with high ion energy and large flux (eg 1 - 3 mA / cm 2) prove to be optimal. Such exposures generally result in the temperature of the substrate rising to at least about 275 ° C, if the substrate is carefully contacted with a suitable cooler. Otherwise, temperatures in excess of 400 ° C are easily reached. However, it is important that temperatures are limited to less than about 300 ° C to avoid rapid migration of base metals in the silicon matrix. However, manipulation of the substrate and coolant to provide heat control during passivation easily becomes the rate limiting factor in highly productive treatment with such ion sources. Accordingly, it is desirable to avoid cooling in order to obtain a cheap, highly productive process. In addition, the surface irregularities of EFG-type silicon strips, which can be manufactured profitably, make cooling difficult.
Vätepassivering är dessutom effektivast när kisel- basytan exponeras. Sålunda bör inte någon "positiv" pläteringsmask, som används för att definiera front- ytans elektrodrutnätsmönster genom täckning av front- ytans mellanliggande elektrodytor, finnas på plats under passivering.Hydrogen passivation is also more effective when the silicon base surface is exposed. Thus, no "positive" plating mask, which is used to define the electrode grid pattern of the front surface by covering the intermediate electrode surfaces of the front surface, should be in place during passivation.
Det förändrade ytskiktet, som framställts vid vätejonstràlepassivering, kan användas som en pläte- ringsmask för efterföljande metalliseringssteg, som inbegriper immersionsplätering av en utvald metall.The altered surface layer produced by hydrogen ion beam passivation can be used as a plating mask for subsequent metallization steps, which includes immersion plating of a selected metal.
'En föredragen utföringsform av förfarandet, som till- lämpas vid tillverkning av kiselsolceller, inbegriper bl a följande steg: (1) formning av en pläteringsmask av ett dielektriskt material på frontytan hos ett kiselband med grund övergång, för att lämna dessa kiselytor exponerade för att senare täckas av front- ytelektroden, (2) avsättning av ett tunt skikt nickel (eller liknande material) på det exponerade kislet, (3) avlägsnande av pläteringsmasken, (4) vätepassive- ring av cellens övergångssida, (5) sintring av nicklet för att delvis bilda en nickelsilicid, (6) immersion- plätering av ytterligare nickel på cellens metalltäckta delar, (7) elektroplätering av ett kopparskikt på nicklet, och (8) anbringande av en antireflekterande beläggning över den exponerade kiselytan. Därefter kan kislet behandlas ytterligare, t ex genom att för- bereda det för anslutning till elektriska strömkretsar.A preferred embodiment of the method, which is applied in the manufacture of silicon solar cells, comprises, inter alia, the following steps: (1) forming a plating mask of a dielectric material on the front surface of a silicon strip with a shallow transition, to leave these silicon surfaces exposed to later covered by the front surface electrode, (2) depositing a thin layer of nickel (or similar material) on the exposed silicon, (3) removing the plating mask, (4) hydrogen passivating the transition side of the cell, (5) sintering the nickel to partially forming a nickel silicide, (6) immersion plating additional nickel on the metal-coated parts of the cell, (7) electroplating a copper layer on the nickel, and (8) applying an anti-reflective coating over the exposed silicon surface. Thereafter, the silicon can be further processed, for example by preparing it for connection to electrical circuits.
Vid ett alternativt förfarande erbjuder uppvärmning av provet under passivering åtminstone en del av ener- gin för nickelsintringssteget.In an alternative process, heating the sample during passivation provides at least some of the energy for the nickel sintering step.
Fastän det inses att ett sådant förfarande (l) 456 625 10 15 20 25 30 35 4 medger avlägsnandet av den inledande pläteringsmasken I före passivering (medger bättre passivering) och (2) medger passivering före anbringandet av oädla metal- ler utan kravet på ett ytterligare maskeringssteg före metallisering (både eliminering av faran för förstörda celler, som orsakats av migration av den oädla metallen under passivering, och förenkling av produktionsförfarandet genom eliminering av behovet av antingen noggrann Värmereglering av substratet un- der passivering eller av ett fotolitografiskt steg efter passivering), kan förfarandet förbättras ytter- ligare. Fastän värmeregleringen, som krävs för att förhindra migration av oädla metaller (temperaturer företrädesvis lägre än ca 300°C), undanröjs, finns sålunda fortfarande faran för förstörda celler beroen- de pà migration, dock vid en långsammare diffusions- hastighet, av nickel eller nickelsilicid i substratets matris.Although it is recognized that such a method (1) allows the removal of the initial plating mask I prior to passivation (allows better passivation) and (2) allows passivation prior to the application of base metals without the requirement of a additional masking steps before metallization (both elimination of the danger of destroyed cells, caused by migration of the base metal during passivation, and simplification of the production process by eliminating the need for either careful thermal regulation of the substrate during passivation or of a photolithographic step after passivation) , the procedure can be further improved. Thus, although the heat regulation required to prevent the migration of base metals (temperatures preferably below about 300 ° C) is eliminated, there is still a risk of destroyed cells due to migration, albeit at a slower diffusion rate, of nickel or nickel silicide. in the matrix of the substrate.
Vidare kräver det just angivna sättet bildning av en pläteringsmask, såsom ett ytterligare skikt på substratet, före den inledande metalliseringen, och kräver i denna omfattning ytterligare behandling och material.Furthermore, the method just specified requires the formation of a plating mask, such as an additional layer on the substrate, prior to the initial metallization, and to this extent requires additional treatment and materials.
Uggfinningens ändamål Följaktligen är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en behandlingssekvens för tillverkning av solceller, vilken behandlingssekvens inbegriper ett vätepassiveringssteg efter behandlings- steget vid hög temperatur före eventuell frontyt- metallisering.Object of the Ugg Invention Accordingly, an object of the present invention is to provide a treatment sequence for the manufacture of solar cells, which treatment sequence comprises a hydrogen passivation step after the treatment step at high temperature before any front surface metallization.
Ett annat att åstadkomma ändamål med föreliggande uppfinning är en sådan behandlingssekvens, som inte kräver bildning av en pläteringsmask för att förhindra metallisering av den exponerade passiverade ytan efter vätepassivering.Another object of the present invention is such a treatment sequence which does not require the formation of a plating mask to prevent metallization of the exposed passivated surface after hydrogen passivation.
Kort beskrivning av uppfinningen Dessa och andra ändamål förverkligas genom sättet 10 15 20 25 30 35 456 625 5 enligt patentkravet 1, vilket sätt vid en föredragen utföringsform, som tillämpas vid tillverkning av kisel- solceller, inbegriper bl a följande steg: (1) diffusion av fosfor i kiselband av p-typ för att bilda en grund övergång, varvid diffusionsförfarandet samtidigt bildar ett skikt av fosfosilikatglas på den yta hos bandet som är närliggande övergången, (2) formning av ett elektrodrutnätsmönster i fosfosilikatskiktet genom fotolitografi (genom användning av en lämplig foto- resistkomposition och etsning) i form av en "negativ" pläteringsmask (dvs kvarlämnande av fosfosilikatglas endast på de områden på substratet där det är önskvärt att därefter fästa frontytelektroderna), (3) beläggning av kiselbandets andra sida med en aluminiumpasta, (4) upphettning av kislet för att legera aluminiumet, (5) vätepassivering av cellens övergångssida medan samtidigt ett förändrat skikt bildas på det icke täck- ta kiselsubstratet mellan fosfosilikatglaselektrod- mönstret, (6) etsning av det återstående fosfosilikat- glaset, och (7) metallisering av både det oföränd- rade exponerade kislet och aluminiumet med en utvald metall, såsom nickel, genom immersionsplätering. Där- efter kan kislet behandlas ytterligare, t ex genom att förbereda det för anslutning till elektriska ström- kretsar, och förses med en antireflekterande belägg- ning.Brief Description of the Invention These and other objects are realized by the method according to claim 1, which method in a preferred embodiment used in the manufacture of silicon solar cells includes, inter alia, the following steps: (1) diffusion of phosphorus in p-type silicon strip to form a shallow transition, the diffusion process simultaneously forming a layer of phosphosilicate glass on the surface of the strip adjacent to the transition, (2) forming an electrode grid pattern in the phosphosilicate layer by photolithography (using a suitable photoresist composition and etching) in the form of a "negative" plating mask (ie leaving phosphosilicate glass only in those areas of the substrate where it is desirable to subsequently attach the front surface electrodes), (3) coating the other side of the silicon strip with an aluminum paste, (4) heating the silicon to alloy the aluminum, (5) hydrogen passivation of the transition side of the cell while simultaneously forming an altered layer s on the unexposed silicon substrate between the phosphosilicate glass electrode pattern, (6) etching the remaining phosphosilicate glass, and (7) metallizing both the unchanged exposed silicon and the aluminum with a selected metal, such as nickel, by immersion plating. The silicon can then be further treated, for example by preparing it for connection to electrical circuits, and provided with an anti-reflective coating.
Det här använda uttrycket "immersionsplätering" innebär ett förfarande där ett föremål utan användning av ett externt applicerat elektriskt fält pläteras med en metall genom nedsänkning av detta föremål i ett pläteringsbad, som inte innehåller något reduk- tionsmedel, och pläteringen inbegriper en undanträng- ningsreaktion. Immersionsplätering skiljer sig frân ' elektrofri plätering i det att den senare inbegriper ett pläteringsbad innehållande ett reduktionsmedel.As used herein, the term "immersion plating" means a process in which an object without the use of an externally applied electric field is plated with a metal by immersing that object in a plating bath containing no reducing agent, and the plating involves an displacement reaction. Immersion plating differs from electroplating in that the latter involves a plating bath containing a reducing agent.
Denna tillverkningssekvens har flera väsentliga fördelar. Genom att fördröja avsättningen av front- 456 625 , 10 15 20 25 30 35 6 ytelektroderna tills efter passivering, minskas i hög grad all fara för cellerna att förstöras genom migration av elektrodens material till övergången under efterföljande behandlingssteg. Eftersom värme- reglering under passivering är mindre kritisk, kan kylning undvikas. Därför medger föreliggande förfa- rande högproduktiv jonstrålepassivering. Dessutom eliminerar det föredragna sättet, genom användning av glasskiktet som bildats som en följd av sättet att bilda övergången såsom stommen hos en negativ pläteringsmask, både ett etsningssteg (för att inled- ningsvis avlägsna glaset) och ett beläggningssteg (för att åstadkomma material för en pläteringsmask), varvid glaset i stället avlägsnas i två steg.This manufacturing sequence has several significant advantages. By delaying the deposition of the front surface electrodes until after passivation, all danger of the cells being destroyed by migration of the electrode material to the transition during subsequent treatment steps is greatly reduced. Since heat regulation during passivation is less critical, cooling can be avoided. Therefore, the present process allows highly productive ion beam passivation. In addition, by using the glass layer formed as a result of the method of forming the transition as the body of a negative plating mask, the preferred method eliminates both an etching step (to initially remove the glass) and a coating step (to provide material for a plating mask). ), in which case the glass is instead removed in two steps.
Andra ändamål med uppfinningen inses delvis och framträder delvis i det följande. Uppfinningen in- begriper följaktligen de särskilda stegen och för- hållandet mellan ett eller flera sådana steg med hän- visning till vart och ett de andra, vilka steg exempli- fieras i den följande detaljerade beskrivningen och i omfattningen av de i ansökan angivna kraven.Other objects of the invention will be understood in part and in part in the following. Accordingly, the invention includes the particular steps and the relationship between one or more such steps with reference to each of the others, which steps are exemplified in the following detailed description and in the scope of the claims set forth in the application.
Kort beskrivning av ritningen För en fullständigare förståelse av naturen hos och ändamàlen med föreliggande uppfinning, bör hän- visning göras till den följande detaljerade beskriv- ningen, som skall betraktas tillsammans med den bifo- gade ritningen, vilken visar ett antal av stegen som inbegrips vid tillverkning av solceller enligt en föredragen form av uppfinningen.Brief Description of the Drawing For a more complete understanding of the nature and objects of the present invention, reference should be made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, which show a number of steps included in the drawing. manufacture of solar cells according to a preferred form of the invention.
Genom hela ritningen hänvisar samma referenssiffror till liknande struktur.Throughout the drawing, the same reference numerals refer to similar structure.
Pâ ritningen visas inte tjocklekarna och djupen hos de särskilda skikten och områdena exakt i enlighet med deras relativa proportioner, i syfte att ge ett bekvämare åskàdliggörande.The drawing does not show the thicknesses and depths of the particular layers and areas exactly in accordance with their relative proportions, in order to provide a more convenient illustration.
Detaljerad beskrivning av uppfinningen _Med hänvisning till ritningen hänför sig den 10 15 20 25 30 35 456 625 7 föredragna utföringsformen av uppfinningen till fram- ställning av solceller från EFG-odlade kiselband av p-typ.Detailed Description of the Invention With reference to the drawing, the preferred embodiment of the invention relates to the production of solar cells from p-type EFG-cultured silicon strips.
Såsom ett första förfarandekrav utsätts en sida (hädan- .efter kallad "frontsidan") av ett i förväg rengjort EFG- kiselband 2 av p-ledande typ för ett fosfodiffusions- förarande, som beräknas ge en relativt grund övergång 4 (dvs en övergång med ett djup av mellan ca 3000 och ca 7000 Å), ett område 6 av n-oledande typ, och ett tämligen tjockt (exempelvis i storleksordningen av åtminstone 1500 Å) skikt av fosfosilikatglas 8.As a first process claim, a side (hereinafter referred to as the "front side") of a pre-cleaned p-type EFG silicon strip 2 is subjected to a phosphodiffusion process which is calculated to give a relatively shallow transition 4 (i.e. a transition with a depth of between about 3000 and about 7000 Å), an area 6 of the n-non-conductive type, and a rather thick (for example in the order of at least 1500 Å) layer of phosphosilicate glass 8.
Såsom ett exempel rengörs ett kiselband av p-ledande typ, som tillverkats genom ("edge-defined film-fed growth process") EFG-förfarandet och med en resistivitet av ca 5 ohm-cm, genom etsning i en lösning av HNO3 (70 %): HF (49 %) i ett förhållande av mellan ca 4:1 och 9:1, under ca 1 - 3 min vid ca 25°C. Därefter utsätts bandet för fosfordiffusion i en syrerik atmosfär.As an example, a p-conductive type silicon strip, produced by the edge-defined film-fed growth process and with a resistivity of about 5 ohm-cm, is cleaned by etching in a solution of HNO 3 (70 %): HF (49%) in a ratio of between about 4: 1 and 9: 1, for about 1-3 minutes at about 25 ° C. Thereafter, the strip is exposed to phosphorus diffusion in an oxygen-rich atmosphere.
I detta exempel reagerar kisel och syre för att bilda kiseldioxid, fosfor och syre reagerar för att bilda fosforpentoxid, fosforpentoxid och kiseldioxid reagerar för att bilda ett fosfosilikatglas, och fosforpentoxid och kisel reagerar för att bilda fosfor och kiseldioxid.In this example, silica and oxygen react to form silica, phosphorus and oxygen react to form phosphorus pentoxide, phosphorus pentoxide and silica react to form a phosphosilicate glass, and phosphorus pentoxide and silica react to form phosphorus and silica.
Alternativt kan ett fosfosilikatglas, som bildats såsom detaljerat anges i det amerikanska patentet nr 4 152 824, användas såsom fosforkälla.Alternatively, a phosphosilicate glass formed as detailed in U.S. Patent No. 4,152,824 may be used as the source of phosphorus.
Nästa steg inbegriper beläggning av bandets front- sida med en negativ fotoresist 10, vilket är välkänt inom tekniken. Resisten kan anbringas på ett lämpligt sätt, t ex genom sprutning, och sedan torkas för att driva bort fast uppnås typiskt genom upphettning av fotoresisten till mellan ca 80 och l10°C under mellan ca 35 och ca 60 min.The next step involves coating the front of the tape with a negative photoresist 10, which is well known in the art. The resist can be applied in a suitable manner, for example by spraying, and then dried to drive away solid is typically achieved by heating the photoresist to between about 80 and 110 ° C for between about 35 and about 60 minutes.
Fotoresistskiktet täcks sedan med en negativ mask med mönstret av ett flerfíngrat elektrodrutnät, t ex de organiska lösningsmedlen och orsaka att resisten vidhäftar till fosfosilikatglaset. Denna torkning en mask med transparenta områden som motsvarar den önskade elektrodens fingrar och som är ogenomskinlig 456 625 10 15 20 25 30 35 8 på andra ställen. Såsom ett exempel på ett lämpligt elektrodmönster, görs hänvisning till det amerikanska patentet nr 3 686 036. Rutnätsmasken bestrâlas sedan med ultraviolett ljus med lämplig intensitet och under till- räcklig tid för att orsaka att den belysta delen av fotoresisten polymeriseras. Därefter framkallas foto- resisten genom behandling med ett eller flera lämpliga framkallningsmedel, såsom t ex genom kontakt med toluen och propanol eller andra lämpliga lösningsmedel. Detta framkallningsförfarande avlägsnar de delar hos resisten som inte har bestrålats och följaktligen inte har polymeriserats. Sålunda återstår en del l0A av fotoresisten i mönstret av den önskade elektrodrutnätskonfigurationen.The photoresist layer is then covered with a negative mask with the pattern of a multi-fingered electrode grid, such as the organic solvents, and cause the resist to adhere to the phosphosilicate glass. This drying is a mask with transparent areas which correspond to the fingers of the desired electrode and which is opaque in other places. As an example of a suitable electrode pattern, reference is made to U.S. Patent No. 3,686,036. The grid mask is then irradiated with ultraviolet light of suitable intensity and for a sufficient time to cause the illuminated portion of the photoresist to polymerize. Thereafter, the photoresist is developed by treatment with one or more suitable developing agents, such as, for example, by contact with toluene and propanol or other suitable solvents. This developing process removes those parts of the resist that have not been irradiated and consequently have not been polymerized. Thus, a portion 10A of the photoresist remains in the pattern of the desired electrode grid configuration.
En framkallning i efterhand som torkar vid ca 140°C, har befunnits förbättra etsningsmotstàndet hos den åter- stående fotoresisten vid det följande behandlingssteget.A subsequent development which dries at about 140 ° C has been found to improve the etching resistance of the remaining photoresist in the following treatment step.
Efter exponering och framkallning av fotoresisten (och torkning efter framkallning), utsätts aggregatet för etsning med en buffrad oxid, som består av t ex en lösning av HF och NH4F, varigenom de exponerade skikten av fosfosilikatglas 8 avlägsnas. Sålunda kan (P2O5)x(Si02)y, ett fosfosilikatglas, avlägsnas från substratet genom att nedsänka det senare i lONH4F(40 %):lHF vid en temperatur av ca 25°C under en period av mellan ca 15 s och 2 min. Detta lämnar ett intakt skikt 12 av fosfosilikatglas i mönstret av elektrodrutnätskon- figurationen under den polymeriserade, ej avlägsnande delen 10A av fotoresisten.After exposure and development of the photoresist (and drying after development), the assembly is subjected to etching with a buffered oxide, which consists of, for example, a solution of HF and NH4F, whereby the exposed layers of phosphosilicate glass 8 are removed. Thus, (P 2 O 5) x (SiO 2) y, a phosphosilicate glass, can be removed from the substrate by immersing the latter in 10ONH 4 F (40%): 1HF at a temperature of about 25 ° C for a period of between about 15 seconds and 2 minutes. This leaves an intact layer 12 of phosphosilicate glass in the pattern of the electrode grid configuration below the polymerized, non-removing portion 10A of the photoresist.
Därefter beläggs substratets baksida med ett skikt 14 av en aluminiumpasta. Aluminiumpastan, som används för att bilda skiktet 14, inbegriper företrädes- vis aluminiumpulver i ett flyktigt organiskt bärmedium, såsom terpineol, vilket kan avlägsnas genom avdunstning.Thereafter, the back of the substrate is coated with a layer 14 of an aluminum paste. The aluminum paste used to form the layer 14 preferably comprises aluminum powder in a volatile organic carrier medium, such as terpineol, which can be removed by evaporation.
Detta steg följs sedan av ett legeringssteg, där substratet upphettas under ca 0,25 - 2,0 min till en temperatur som är högre än 575°C för att avlägsna eventuella flyktiga eller pyroliserbara organiska 10 15 20 25 30 35 456 625 9 komponenter i pastan, och för att legera aluminiumet i pastan med kiselsubstratet.This step is then followed by an alloying step, where the substrate is heated for about 0.25 - 2.0 minutes to a temperature higher than 575 ° C to remove any volatile or pyrolizable organic components in 456 625 9 components in the paste, and to alloy the aluminum into the paste with the silicon substrate.
Vid legeringssteget legerar aluminiumbeläggningen 14 med substratets baksida för att åstadkomma en p+-region 16 med ett djup av fràn ca 1 till ca 5 um. Legerings- steget tjänar också till att avlägsna den återstående resistdelen 10A genom pyrolys.In the alloying step, the aluminum coating 14 alloys with the back of the substrate to provide a p + region 16 with a depth of from about 1 to about 5 microns. The alloy step also serves to remove the remaining resist portion 10A by pyrolysis.
Därefter vätepassiveras cellen. Ett föredraget sätt är att exponera frontytan hos substratet 2 för vätejonstrâlen från jonkällan av Kaufman-typ (bred stråle), som är belägen ca 15 cm från substratet.The cell is then hydrogen passivated. A preferred method is to expose the front surface of the substrate 2 to the hydrogen ion beam from the Kaufman-type ion source (wide beam), which is located about 15 cm from the substrate.
Denna jonkälla drivs företrädesvis vid ett tryck av mellan ca 20 och 50 millitorr (väte), vid en väteflödes- hastighet i storleksordningen av ca 25 - 40 cm3 per minut, vid en potential av ca 1700 volt likström mellan källan och substratet, och vid en stràlström av mellan ca 1 och 3 mA/cmz pà substratet. En exponeringstid av mellan ca l och ca 4 min har befunnits vara lämplig både för att minimera rekombinationsförlusterna av minoritetsbärare, som typiskt förekommer hos kiselceller av EFG-typen (en passiveringszon som är ca 20 ~ 80 pm djup eller ca 100 gånger så djup som övergången 4 åstadkommes), medan samtidigt ett förändrat ytskikt 18 med ett djup av ca 200 A àstadkommes på de exponerade delarna av substratet 2.This ion source is preferably operated at a pressure of between about 20 and 50 millitorr (hydrogen), at a hydrogen flow rate in the order of about 25 - 40 cm 3 per minute, at a potential of about 1700 volts DC between the source and the substrate, and at a beam current of between about 1 and 3 mA / cmz on the substrate. An exposure time of between about 1 and about 4 minutes has been found to be suitable both to minimize recombination losses of minority carriers, which typically occur in EFG-type silicon cells (a passivation zone that is about 20 ~ 80 μm deep or about 100 times as deep as the transition 4 is provided), while at the same time an altered surface layer 18 with a depth of about 200 A is provided on the exposed parts of the substrate 2.
Den exakta naturen hos det förändrade ytskiktet 18 är inte känd. Det antas emellertid finnas en skadad zon där kristallstrukturen har blivit något avbruten, varvid kislet delvis bildar SiH eller SiH2 med vätet från jonstràlen, och där materialet fortfarande möjligt- vis är amorft. En liten mängd kol eller ett eller flera kolväten visar sig vara nödvändigt för bildning av det önskade förändrade ytskiktet. Såsom den in- ledningsvis installerats, var Kaufman-jonkällan utrustad med en monteringsanordning av grafit med diametern ca 13 cm (ca 50") på vilken substraten, typiskt 5 cm x 10 cm (2" x 4") på en sida, var centralt placerade. 10 15 20 25 30 35 -l 456 625 10 I vissa fall, som när en monteringsanordning av kisel ersatte anordningen av grafit, uppträdde det förändrade skiktet inte såsom en pläteringsmask, såsom när anord- ningen av grafit utnyttjades. På basis av detta har man antagit att kol eller kolväteànga, som bildats genom inverkan av vätejonstrâlen på anordningen av grafit kan öka bildningen av ett dielektriskt skikt på substratets yta. Oberoende av dess natur har man funnit att ett förändrat ytskikt 18, som framställts enligt detta förfarande med accelerationsspänningar mellan ca 1400 och ca 1700 volt och exponeringstider så korta som 1 min, är tillräckligt för att förhindra efterföljande metallisering av det exponerade förändrade ytskiktet 18, där metalliseringen inbegriper immersions- plätering av ett material, såsom nickel.The exact nature of the altered surface layer 18 is not known. However, it is assumed that there is a damaged zone where the crystal structure has been somewhat interrupted, the silicon partially forming SiH or SiH2 with the hydrogen from the ion beam, and where the material is still possibly amorphous. A small amount of carbon or one or more hydrocarbons proves to be necessary for the formation of the desired altered surface layer. As initially installed, the Kaufman ion source was equipped with a graphite mounting device about 13 cm (about 50 ") in diameter on which the substrates, typically 5 cm x 10 cm (2" x 4 ") on one side, were centrally located. 10 15 20 25 30 35 -l 456 625 10 In some cases, such as when a silicon mounting device replaced the graphite device, the altered layer did not appear as a plating mask, as when the graphite device was used. It has been assumed that carbon or hydrocarbon vapor formed by the action of the hydrogen ion beam on the graphite device can increase the formation of a dielectric layer on the surface of the substrate.Independent in nature, it has been found that an altered surface layer 18 produced by this process with acceleration stresses between about 1400 and about 1700 volts and exposure times as short as 1 minute, are sufficient to prevent subsequent metallization of the exposed altered surface layer 18, where the metallization includes im mercury plating of a material, such as nickel.
Efter passivering avlägsnas det återstående fosfo- silikatglasskiktet 12 genom nedsänkning av substratet i en buffrad lösning av 10NH4F(40 %):1HF vid en tempera- tur av mellan ca 25 och ca 40°C. Som ett resultat exponeras nu frontytan hos substratet 2 fullständigt.After passivation, the remaining phosphosilicate glass layer 12 is removed by immersing the substrate in a buffered solution of 10NH 4 F (40%): 1HF at a temperature of between about 25 and about 40 ° C. As a result, the front surface of the substrate 2 is now completely exposed.
Pà denna exponerade yta avgränsar förändrade ytskikt 18 ett mönster av i detta fallet oförändrad n+- ledande kisel, med den önskade frontelektrodstrukturens konfiguration. ' Därefter sker metallisering av cellen. Substratet immersionspläteras med nickel, varvid en vidhäftande avsättning av nickel bildar ett nickelskikt 22 på baksidan av hela ytan av aluminiumbeläggningen 14, medan den vidhäftande avsättningen av nickel på front- sidan bildar ett skikt 20 direkt pà ytan av substratet 2 över endast de ytor från vilka fosfosilikatglasskiktet 12 avlägsnats efter passivering. Vid detta pläterings- steg bildar det förändrade kiselytskiktet 18 en pläterings- mask, till vilken nicklet inte vidhäftar. Plätering av nickelskikten kan göras enligt olika immersions- pläteringsmetoder. Företrädesvis genomförs den enligt ett immersionspläteringsförfarande som är samma som 10 15 20 25 30 35 456 625 ll eller liknar förfarandet som beskrivs i det amerikanska patentet nr 4 321 283. Såsom ett preliminärt steg för- aktiveras det rengjorda kiselsubstratets yta med ett lämpligt medel. Detta föraktiveringförfarande är önskvärt eftersom kiselytan ofta inte av sig själv gynnar det elektrofria pläteringsförfarandet, och eventuellt nickel som pläteras på en obehandlad yta vidhäftar i allmänhet endast svagt därtill. Företrädesvis används guldklorid såsom aktiveringsmedel, fastän platinaklorid, tennklorid - palladiumklorid, eller andra välkända aktivatorer kan användas, såsom t ex beskrivs i det amerikanska patentet nr 3 489 603. Därefter beläggs båda sidorna av kiselbandet med ett skikt av nickel, företrädesvis genom nedsänkning av bandet i ett vattenbad, såsom beskrivs i det nämnda amerikanska patentet nr 4 321 283, eller i ett vattenbad av nickelsulfamat och ammoniumfluorid vid ett pH av ca 2,9 och vid ca rumstemperatur under en period av ca 2 - 6 min" Efter det att nicklet har anbringats, upphettas substratet i en inert atmosfär eller en kväveatmosfär till en temperatur och under en tid som är tillräcklig för att sintra nickelskikten och orsaka att nickel- skiktet 20 på substratets frontsida reagerar med det närliggande kislet för att bilda en ohmsk kontakt av nickelsilicid. För detta syfte upphettas företrädes- vis substratet till en temperatur av 300°C under mellan ca 15 och ca 40 min. Detta åstadkommer ett nickel- silicidskikt med ett djup av ca 300 A vid gränsytan mellan nickelskiktet 20 och substratet 2. Nickelskiktet 18 på baksidan bildar en legering med aluminiumskiktet 12. Temperaturen vid detta sintringssteg bör inte i hög grad överskrida 300°C, eftersom högre tempera- turer leder till överdriven penetrering in i kislet av nickelskiktet 20. Företrädesvis regleras avsättningen och sintringen av nicklet så att nickelskiktet 20 pà substratets frontsida har en tjocklek av ca 1000 A.On this exposed surface, altered surface layers 18 define a pattern of in this case unchanged n + conductive silicon, with the configuration of the desired front electrode structure. 'Then the cell is metallized. The substrate is immersion plated with nickel, an adhesive deposit of nickel forming a nickel layer 22 on the back of the entire surface of the aluminum coating 14, while the adhesive deposit of nickel on the front side forms a layer 20 directly on the surface of the substrate 2 over only the surfaces from which the phosphosilicate glass layer 12 was removed after passivation. In this plating step, the altered silicon surface layer 18 forms a plating mask to which the nickel does not adhere. Plating of the nickel layers can be done according to different immersion plating methods. Preferably, it is carried out according to an immersion plating process which is the same as or similar to the process described in U.S. Patent No. 4,321,283. As a preliminary step, the surface of the cleaned silicon substrate is preactivated by a suitable agent. This pre-activation process is desirable because the silicon surface often does not in itself favor the electroless plating process, and any nickel plated on an untreated surface generally adheres only weakly thereto. Preferably, gold chloride is used as the activating agent, although platinum chloride, tin chloride - palladium chloride, or other well known activators may be used, as described, for example, in U.S. Patent No. 3,489,603. Both sides of the silicon belt are then coated with a layer of nickel, preferably by immersion in a water bath, as described in the aforementioned U.S. Patent No. 4,321,283, or in a water bath of nickel sulfamate and ammonium fluoride at a pH of about 2.9 and at about room temperature for a period of about 2 to 6 minutes. Once applied, the substrate is heated in an inert atmosphere or a nitrogen atmosphere to a temperature and for a time sufficient to sinter the nickel layers and cause the nickel layer 20 on the front side of the substrate to react with the adjacent silicon to form an ohmic contact of nickel silicide. For this purpose, the substrate is preferably heated to a temperature of 300 ° C for between about 15 and about 40 minutes. provides a nickel-silicide layer with a depth of about 300 Å at the interface between the nickel layer 20 and the substrate 2. The nickel layer 18 on the back forms an alloy with the aluminum layer 12. The temperature at this sintering step should not greatly exceed 300 ° C, since higher temperatures turns lead to excessive penetration into the silicon by the nickel layer 20. Preferably, the deposition and sintering of the nickel is controlled so that the nickel layer 20 on the front side of the substrate has a thickness of about 1000 Å.
Därefter utsätts företrädesvis nicklet i skikten 456 625 l0 15 20 25 30 35 12 18 och 20 företrädesvis för etsning, såsom med saltpeter- syra, och för ytterligare metallisering, såsom med ett andra nickelskikt genom immersionspläteríng och med ett eller flera kopparskikt genom immersionsplätering och/eller elektroplätering, genom välkända tekniker.Thereafter, the nickel in the layers 456 625 is preferably subjected to etching, such as with hydrochloric acid, and to further metallization, such as with a second nickel layer by immersion plating and with one or more copper layers by immersion plating and / or or electroplating, by well known techniques.
För kopparpläteringen krävs ingen maskering av det förändrade skiktet, eftersom koppar inte vidhäftar till det förstörda skiktet.For the copper plating, no masking of the altered layer is required, as copper does not adhere to the destroyed layer.
Efter metallisering putsas cellkanterna (ej visade), och en antireflekterande beläggning 24 anbringas pà cellens frontyta. Detta kan genomföras genom vilket som helst av ett antal kända sätt, såsom genom kemisk ångavsättning eller föràngning av t ex TiO2. Alternativt kan antireflektionsbeläggningen 24 bildas genom plasma- avsättning av kiselnitrid vid en temperatur av ca l50°C, såsom är välkänt inom tekniken.After metallization, the cell edges (not shown) are trimmed, and an anti-reflective coating 24 is applied to the front surface of the cell. This can be done by any of a number of known methods, such as by chemical vapor deposition or evaporation of eg TiO2. Alternatively, the anti-reflection coating 24 may be formed by plasma deposition of silicon nitride at a temperature of about 150 ° C, as is well known in the art.
Såsom skall visas med hjälp av exempel inbegriper det föredragna sättet att tillämpa föreliggande upp- finning utförande av de här ovan beskrivna individuella stegen på det föredragna sätt som beskrivits i detalj för varje steg och i den beskrivna ordningen.As will be shown by way of example, the preferred method of applying the present invention involves performing the individual steps described above in the preferred manner described in detail for each step and in the order described.
Man har bestämt att solceller, som tillverkats enligt det föregående förfarandet av EFG-odlade band visar mellan 10 och 20 % ökning i medelverkningsgrad.It has been determined that solar cells manufactured according to the previous procedure of EFG-cultured tapes show between 10 and 20% increase in average efficiency.
Dessutom har man för detta material också funnit att vätepassíveringssteget märkbart begränsar fördelningen av cellverkningsgraderna.In addition, for this material, it has also been found that the hydrogen passivation step significantly limits the distribution of cell efficiencies.
Föreliggande förfarande har ett antal fördelar.The present method has a number of advantages.
För det första eliminerar det risken att övergången 4 förstörs genom migration av nickel eller nickelsilicid under passíveringen, vilket skulle kunna ske i celler med grunda övergångar om en ursprunglig nickelbeläggning avsattes på frontytan före passivering. Bortsett från minskning av risken för förstörda celler, sänks kraven på noggrann värmereglering (såsom genom kylning) under passivering. Detta möjliggör därför ett högproduktivt jonsträlepassiveringssteg vid tillverkningsförfarandet. n u l0 15 20 25 30 35 456 625 13 Det inses att föreliggande uppfinning kan modi- fieras inom ramen för beskrivningen. Fastän frontelektrod- rutnätsmönstret vid den föredragna utföringsformen bildas i pläteringsmasken genom fotolitografi, inses det att den likaså skulle kunna bildas genom andra förfaranden som vanligtvis utnyttjas vid kemisk etsning (t ex screentryck).First, it eliminates the risk of transition 4 being destroyed by the migration of nickel or nickel silicide during passivation, which could occur in cells with shallow transitions if an original nickel coating was deposited on the front surface prior to passivation. Apart from reducing the risk of damaged cells, the requirements for careful heat regulation (such as by cooling) during passivation are reduced. This therefore enables a highly productive ion beam passivation step in the manufacturing process. It will be appreciated that the present invention may be modified within the scope of the description. Although the front electrode grid pattern in the preferred embodiment is formed in the plating mask by photolithography, it will be appreciated that it could also be formed by other methods commonly used in chemical etching (eg screen printing).
Fastän det föredragna sättet utnyttjar fosfo- silikatglaset, som bildas under n+-diffusionen, för att bilda jonstrálemasken i syfte att definiera det skadade skiktmönstret, kan även andra material eller förfaranden användas för frontytskiktet. Sålunda skulle ett substrat av n-typ kunna användas som utgàngsmaterial, varvid övergången bildas t ex genom diffusion med bor, och därigenom åstadkomma ett borsilikatglasskikt.Although the preferred method utilizes the phosphosilicate glass formed during the n + diffusion to form the ion beam mask for the purpose of defining the damaged layer pattern, other materials or methods may be used for the front surface layer. Thus, an n-type substrate could be used as a starting material, the transition being formed, for example, by diffusion with boron, thereby providing a borosilicate glass layer.
Om utgàngsmaterialet skulle förses med en övergång och utan ett glasskikt, skulle ett lämpligt skikt ha tvingats'àstadkommas. Det inses att det ástadkomna skiktet antingen kan etsas för att bilda en lämplig pläteringsmask eller själv avsättas i den lämpliga konfigurationen.If the starting material were to be provided with a transition and without a glass layer, a suitable layer would have had to be provided. It will be appreciated that the resulting layer may either be etched to form a suitable plating mask or be deposited itself in the appropriate configuration.
Fastän den föredragna utföringsformen av sättet enligt föreliggande uppfinning utnyttjar det förändrade skiktet, som bildats genom vätepassivering för att maskera efterföljande plätering, förutom på tidigare pläterad nickel, kan sättet utnyttjas med andra metaller än nickel. Såsom fackmannen på området inser, kan t ex frontytelektrodernas ursprungsskikt pà en kiselan~ ordning med grund övergång avsättas genom plätering av vilket som helst av ett antal material med låg reaktivitet och med förmåga att bilda (företrädesvis vid låg temperatur) en ohmsk kontakt, och fungera såsom en barriär för diffusionen av koppar eller andra oädla metaller som avsätts vid ett senare skede. Lämpliga metaller för användning tillsammans med koppar inbegriper palladium, platina, kobolt och rodium, såväl som nickel.Although the preferred embodiment of the method of the present invention utilizes the altered layer formed by hydrogen passivation to mask subsequent plating, in addition to previously plated nickel, the method may be used with metals other than nickel. As will be appreciated by those skilled in the art, for example, the original layer of the front surface electrodes on a shallow transition silicon device can be deposited by plating any of a number of materials with low reactivity and capable of forming (preferably at low temperature) an ohmic contact, and operating as a barrier to the diffusion of copper or other base metals which are deposited at a later stage. Suitable metals for use with copper include palladium, platinum, cobalt and rhodium, as well as nickel.
Fastän alla dessa material bildar silicider är ett 456 625 10 15 20 25 30 35 14 silicidskikt inte nödvändigt. Det är emellertid viktigt att det ursprungliga metallskiktet vidhäftar riktigt, fungerar såsom en ohmsk kontakt och verkar som en barriär för migration av eventuella senare avsatta metaller, såväl som för obetydlig migration till själva övergången. Dessa material kan anbringas genom immersions- pläteringstekniker på samma sätt som nickel.Although all of these materials form silicides, a silicide layer is not necessary. However, it is important that the original metal layer adheres properly, acts as an ohmic contact and acts as a barrier to the migration of any later deposited metals, as well as to insignificant migration to the transition itself. These materials can be applied by immersion plating techniques in the same way as nickel.
Ytterligare andra förändringar kan göras utan att frångá uppfinningens huvudprinciper, såsom t ex (a) bildning av cellens p+-bakregion genom användning av flamsprutad aluminium i stället för en aluminium- pasta, eller (b) användning av olika sätt att anbringa den andra och de efterföljande beläggningarna av nickel _el1er andra material med låg reaktivitet, såsom palladium, platina, kobolt och rodium, eller (f) bildning av övergången genom jonimplantation. Om inga ytterligare maskskikt avsätts på de passiverade ytorna, måste nickelskiktet (eller andra metaller med låg reaktivitet av den beskrivna typen) anbringas genom immersions- plätering och de ytterligare skikten av koppar måste anbringas genom elektroplätering eller immersionsplätering.Still other changes may be made without departing from the main principles of the invention, such as (a) forming the p + back region of the cell by using flame-sprayed aluminum instead of an aluminum paste, or (b) using different means of applying the other and the subsequent coatings of nickel or other low reactivity materials, such as palladium, platinum, cobalt and rhodium, or (f) formation of the transition by ion implantation. If no additional mesh layers are deposited on the passivated surfaces, the nickel layer (or other low reactivity metals of the type described) must be applied by immersion plating and the additional layers of copper must be applied by electroplating or immersion plating.
Förfarandet som âstadkoms genom denna uppfinning är naturligtvis inte begränsat till produktionen av solceller från EFG-substrat. Sålunda kan t ex gjutna polykristallina substrat, epitaxiskt kisel på kisel av metallurgisk kvalitet eller polykiselskikt av fin kvalitet, som bildats genom kemisk eller fysikalisk ângavsättning, användas för att bilda solceller med relativt hög effektivitet enligt föreliggande uppfinning.The process accomplished by this invention is, of course, not limited to the production of solar cells from EFG substrates. Thus, for example, cast polycrystalline substrates, epitaxial silicon on metallurgical grade silicon or fine grade polysilicon layer formed by chemical or physical vapor deposition can be used to form relatively high efficiency solar cells according to the present invention.
Dessutom är förfarandet tillämpbart på enkristallint kisel, och kan användas med såväl n-typ- som p-typkisel.In addition, the process is applicable to single crystalline silicon, and can be used with both n-type and p-type silicon.
Dessutom skulle sättet kunna användas vid till- verkning av Schottky-barriäranordningar, varvid det förändrade ytskiktet fungerar som en mask för metalli- seringen. För sådana tillämpningar inses det att metall- substratgränsytan utgör övergången, och att substratet följaktligen inte skulle förses med en övergång genom /l 456 625 15 diffusion av fosfor eller liknande. Eftersom dessa och andra förändringar måste göras vid förfarandena ovan utan att frångå den här inbegripna uppfinningens innebörd, är det avsett att allt material som finns i beskrivningen ovan eller visas på de bifogade rit- ningarna skall tolkas på ett belysande och inte på ett begränsande sätt.In addition, the method could be used in the manufacture of Schottky barrier devices, whereby the altered surface layer acts as a mask for the metallization. For such applications, it will be appreciated that the metal-substrate interface constitutes the transition, and consequently that the substrate would not be provided with a transition by / diffusion of phosphorus or the like. Since these and other changes must be made in the above procedures without departing from the scope of the invention included herein, it is intended that all material contained in the above description or shown in the accompanying drawings be construed as illustrative and not restrictive.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US56329283A | 1983-12-19 | 1983-12-19 | |
US66697284A | 1984-10-31 | 1984-10-31 | |
US06/681,001 US4612698A (en) | 1984-10-31 | 1984-12-13 | Method of fabricating solar cells |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE8503834L SE8503834L (en) | 1985-08-16 |
SE8503834D0 SE8503834D0 (en) | 1985-08-16 |
SE456625B true SE456625B (en) | 1988-10-17 |
Family
ID=27415916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE8503834A SE456625B (en) | 1983-12-19 | 1985-08-16 | SET TO MANUFACTURE SOLAR CELLS |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0168431A4 (en) |
AU (1) | AU574431B2 (en) |
CH (1) | CH670335A5 (en) |
DE (1) | DE3490600T1 (en) |
GB (1) | GB2160360B (en) |
NL (1) | NL8420336A (en) |
SE (1) | SE456625B (en) |
WO (1) | WO1985002942A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0167589A4 (en) * | 1983-12-19 | 1989-01-19 | Mobil Solar Energy Corp | Method of fabricating solar cells. |
US4650695A (en) * | 1985-05-13 | 1987-03-17 | Mobil Solar Energy Corporation | Method of fabricating solar cells |
GB2183090B (en) * | 1985-10-07 | 1989-09-13 | Canon Kk | Method for selective formation of deposited film |
EP1895545B1 (en) | 2006-08-31 | 2014-04-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE791930A (en) * | 1971-12-02 | 1973-03-16 | Western Electric Co | ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING |
US4086102A (en) * | 1976-12-13 | 1978-04-25 | King William J | Inexpensive solar cell and method therefor |
US4152824A (en) * | 1977-12-30 | 1979-05-08 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Manufacture of solar cells |
NL7800583A (en) * | 1978-01-18 | 1979-07-20 | Philips Nv | PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A DEVICE AND DEVICE MANUFACTURED USING THE PROCESS. |
US4224084A (en) * | 1979-04-16 | 1980-09-23 | Rca Corporation | Method and structure for passivating a semiconductor device |
US4322253A (en) * | 1980-04-30 | 1982-03-30 | Rca Corporation | Method of making selective crystalline silicon regions containing entrapped hydrogen by laser treatment |
AU546534B2 (en) * | 1981-10-27 | 1985-09-05 | Mobil Solar Energy Corp. | Coating silicon with nickel by electroless-plating |
DE3202484A1 (en) * | 1982-01-27 | 1983-08-04 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | METALIZED SEMICONDUCTORS AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION |
EP0167589A4 (en) * | 1983-12-19 | 1989-01-19 | Mobil Solar Energy Corp | Method of fabricating solar cells. |
-
1984
- 1984-12-14 AU AU38899/85A patent/AU574431B2/en not_active Ceased
- 1984-12-14 WO PCT/US1984/002064 patent/WO1985002942A1/en not_active Application Discontinuation
- 1984-12-14 GB GB08515900A patent/GB2160360B/en not_active Expired
- 1984-12-14 DE DE19843490600 patent/DE3490600T1/en not_active Withdrawn
- 1984-12-14 NL NL8420336A patent/NL8420336A/en unknown
- 1984-12-14 EP EP19850900534 patent/EP0168431A4/en not_active Withdrawn
-
1985
- 1985-08-16 SE SE8503834A patent/SE456625B/en not_active IP Right Cessation
- 1985-12-14 CH CH3599/85A patent/CH670335A5/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL8420336A (en) | 1985-11-01 |
GB8515900D0 (en) | 1985-07-24 |
SE8503834L (en) | 1985-08-16 |
CH670335A5 (en) | 1989-05-31 |
AU3889985A (en) | 1985-07-12 |
DE3490600T1 (en) | 1985-11-28 |
AU574431B2 (en) | 1988-07-07 |
GB2160360A (en) | 1985-12-18 |
GB2160360B (en) | 1987-09-16 |
EP0168431A4 (en) | 1989-01-19 |
SE8503834D0 (en) | 1985-08-16 |
EP0168431A1 (en) | 1986-01-22 |
WO1985002942A1 (en) | 1985-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4557037A (en) | Method of fabricating solar cells | |
US4612698A (en) | Method of fabricating solar cells | |
EP0134232B1 (en) | Method of fabricating solar cells | |
JP3312033B2 (en) | Method of manufacturing CIS strip solar cell | |
JPH0520914B2 (en) | ||
US4609565A (en) | Method of fabricating solar cells | |
US5010040A (en) | Method of fabricating solar cells | |
CN1030498A (en) | Method with fabricating solar cells with silicon nitride coating | |
WO1995012898A1 (en) | High efficiency silicon solar cells and methods of fabrication | |
KR960001468B1 (en) | Method of fabricating solar cells with anti-reflection coating | |
SE456625B (en) | SET TO MANUFACTURE SOLAR CELLS | |
AU574761B2 (en) | Method of fabricating solar cells | |
AU573696B2 (en) | Ion milling | |
US4650695A (en) | Method of fabricating solar cells | |
CN117316764B (en) | Semiconductor silicon wafer processing method | |
JPS61500757A (en) | How to manufacture solar cells | |
JPS61500755A (en) | How to manufacture solar cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8503834-7 Effective date: 19910704 Format of ref document f/p: F |