WO2010122028A2 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelementes, insbesondere einer solarzelle, mit einer lokal geöffneten dielektrikumschicht sowie entsprechendes halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelementes, insbesondere einer solarzelle, mit einer lokal geöffneten dielektrikumschicht sowie entsprechendes halbleiterbauelement Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a semiconductor component, in particular a solar cell, in which a dielectric layer formed on a surface of a silicon substrate is opened locally.
  • the invention further relates to a corresponding semiconductor component.
  • a surface of a silicon substrate in many semiconductor devices, it may be necessary to contact a surface of a silicon substrate locally with a metal contact.
  • metal contacts serve to derive the current generated in the solar cell.
  • a dielectric layer serving as an insulating layer can be deposited on the substrate surface and then locally removed in the areas to be contacted.
  • a metal layer can then be deposited over the dielectric layer, which can directly contact the underlying silicon substrate in the regions in which the dielectric layer was previously removed locally.
  • etching pastes can be used which are printed locally on the dielectric layer and etched away there.
  • laser ablation Another method known from the prior art for the local removal of a dielectric layer is the so-called "laser ablation.”
  • laser light of high intensity is focused on the regions of the dielectric layer to be removed
  • the laser light is largely absorbed in the silicon substrate located below the dielectric layer, where abrupt heating and vaporization of silicon material occurs, causing the overlying areas of the dielectric layer to be "blown off", that is to say, locally flaked off.
  • silicon dioxide layers or silicon nitride layers can be locally ablated.
  • the crystal structure of the silicon can be damaged there.
  • a near-surface region of the silicon substrate is ablated together with the overlying dielectric layer.
  • the damage to the crystal structure and the undesired ablation of the silicon substrate surface itself can lead to damage to the semiconductor device.
  • sensitive emitter are located in a solar cell directly on the surface of the Silicon substrate of the thin, sensitive emitter are located. Damage or even ablation of the emitter layer can lead to a reduction of the carrier lifetimes or even to local short circuits in the solar cell and ultimately to a loss of efficiency.
  • a method of manufacturing a semiconductor device in which a dielectric layer deposited on a silicon substrate can be locally removed without significantly damaging the surface of the silicon substrate with respect to its electronic properties.
  • a semiconductor component in particular a silicon solar cell, which has, in particular as a result of such a gentle manufacturing method, a structure in which damage to a silicon substrate in regions in which an overlying dielectric layer is locally removed is avoided.
  • a method for producing a semiconductor component in particular a solar cell, is proposed.
  • the method preferably comprises the following steps in the order given: (a) providing a silicon substrate; (b) forming a first layer of amorphous silicon on a surface of the silicon substrate; (c) forming a second layer of dielectric on the first layer; and (d) locally removing the second layer in ablation regions by irradiating the silicon substrate and the layers thereon with laser light.
  • a semiconductor device has a silicon substrate, a first layer of amorphous silicon on one surface of the silicon substrate and a second layer of a dielectric layer on the first layer.
  • the second layer is locally removed in ablation areas.
  • the first layer has a thickness of at least 1 nm, preferably at least 5 nm, in the ablation regions.
  • An additional layer is deposited on a silicon substrate, which is to serve for the production of a semiconductor component, between a dielectric layer serving, for example, as an electrical insulation layer and the substrate surface.
  • This additional layer consists of amorphous silicon (a-Si).
  • a-Si amorphous silicon
  • This a-Si layer may be configured to prevent damage to an underlying surface of the silicon substrate during ablation, ie local removal, of the dielectric layer.
  • the a-Si layer can serve well for passivation of the surface of the silicon substrate, for example due to a high hydrogen content contained therein.
  • experience has shown that electrical contact between an aluminum layer and the a-Si layer leads to very low and, in particular, reliably reproducible low electrical contact resistances.
  • a surface of a silicon substrate can be exposed locally in regions in which a dielectric layer deposited over the silicon substrate has been locally removed and, for example, electrically contacted.
  • damage to the surface of the silicon substrate can be avoided and, on the other hand, good surface passivation, in particular in the non-exposed regions, as well as in a reliably reproducible manner, a low contact resistance is achieved with a metal contact-forming aluminum layer which contacts the silicon substrate in the previously locally opened, exposed regions in the dielectric layer.
  • the method according to the invention can be used for producing any semiconductor component in which a local removal of a dielectric layer, for example, serving as an insulating layer, is necessary.
  • a dielectric layer for example, serving as an insulating layer
  • semiconductor devices may be solar cells, light emitting diodes, as well as complex circuits integrated into a silicon substrate.
  • the dielectric layer can be opened locally by ablation with laser light in order to expose regions in which the underlying silicon substrate can, for example, be electrically contacted.
  • the silicon substrate may be provided, for example, in the form of a silicon wafer or in the form of a silicon thin film.
  • the first layer of amorphous silicon is preferably formed directly on a surface of the silicon substrate, that is, without further between the
  • the amorphous silicon layer located intermediate layers.
  • the amorphous silicon layer may be in direct contact with the surface of the silicon substrate.
  • the amorphous silicon layer can passivate the substrate surface well, for example, by saturating dangling bonds or by diffusing hydrogen contained in the amorphous silicon layer into the silicon substrate surface certain structural as well have chemical properties in order to give it both good surface-passivating properties and to provide for a low contact resistance, for example, between an aluminum layer contacting the amorphous silicon layer and the silicon substrate.
  • the second layer is formed of a dielectric such as silicon oxide (SiO 2 or SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x , for example, S 13 N 4).
  • the dielectric layer can directly contact the amorphous silicon layer.
  • between the dielectric layer and the amorphous silicon layer also further, preferably for the laser light used optically transparent layers may be stored.
  • the dielectric layer may be formed as a single homogeneous layer or as a stack of several different layers.
  • the dielectric layer may serve for electrical isolation between an overlying aluminum layer and the silicon substrate in regions outside the previously opened ablation regions.
  • the dielectric layer can also fulfill further tasks.
  • It can serve, for example, as an antireflection layer or backside mirror for a solar cell or have a stabilizing effect on the passivation of the amorphous silicon layer, for example during a high-temperature step, such as when firing metal-containing pastes for metal contact formation.
  • the silicon substrate with the amorphous silicon layer thereon and the dielectric layer also located thereon are locally illuminated with laser light.
  • the properties of the laser light can be chosen so that there is a local ablation of the dielectric layer. Influencing parameters here can be the focusing of the laser light, the power density of the laser light, the wavelength of the laser light and the irradiation duration.
  • the method of manufacturing a device further comprises depositing an aluminum layer at least in the ablation regions where the previously deposited dielectric layer was locally removed.
  • the aluminum layer may show good ohmic contact with the underlying first layer of amorphous silicon exposed in the ablation areas.
  • the manufacturing process may additionally comprise the step of annealing the aluminum layer at at least 180 ° C., preferably at least 200 ° C., for example for more than 10 minutes, preferably more than 1 hour.
  • annealing the aluminum layer at at least 180 ° C., preferably at least 200 ° C., for example for more than 10 minutes, preferably more than 1 hour.
  • Such contacts are sometimes referred to as "COSIMA" contacts (Contacts to a-Si: H passivated Si by means of annealing)
  • Such contacts may be characterized by a constantly low contact resistance between the aluminum and the amorphous silicon resulting in low series resistance, for example
  • the formation and properties of COSIMA contacts are described, for example, in H. Plagwitz et al .: "Low-temperature formation of local Al contacts to a-Si: H-passivated wafers", Progress in Photo voltaics : Research and Applications, 2004; 12: 47-54.
  • the properties of the laser light used for ablation and the properties of the amorphous silicon layer are selected such that at the local removal of the dielectric layer in Ablations Schemeen at most a portion of the underlying amorphous silicon layer is removed, so that at least a residual thickness of the amorphous Silicon layer of at least 1 nm, preferably 3 nm, preferably at least 6 nm remains.
  • the thickness of the originally deposited amorphous silicon layer can be selected to be correspondingly large.
  • the amorphous silicon layer may be deposited to a thickness of between 1 nm and 100 nm, preferably between 5 nm and 50 nm, and more preferably between 10 nm and 30 nm.
  • the thickness of the amorphous silicon layer can be chosen to be thick enough so that even with a partial ablation of the amorphous silicon layer in the context of local removal of the dielectric layer remains a sufficiently thick residual amorphous silicon layer. This remaining amorphous silicon layer can serve to form a good, in particular ohmic, contact with an aluminum layer subsequently deposited over the amorphous silicon layer.
  • the amorphous silicon layer is incorporated into the aluminum during an annealing step, thereby providing a very reliable way of forming an ohmic contact.
  • the remaining amorphous silicon layer can also ensure a certain passivation of the surface of the underlying silicon substrate in the ablation regions freed from the dielectric layer.
  • the thickness of the amorphous silicon layer should not exceed a certain upper limit. Too thick amorphous silicon layer could adversely affect the properties of the semiconductor device. For example, in a solar cell, a thick amorphous silicon layer could lead to excessive absorption of incident light and thus to a loss of efficiency.
  • the properties of the laser light used for ablation and the properties of the amorphous silicon layer should also be adapted to each other so that as high as possible absorption of the laser light in the amorphous silicon layer, preferably on the outer surface of the amorphous silicon layer.
  • the amorphous silicon layer is locally heated strongly by irradiation with the laser light and, preferably, parts of it are suddenly vaporized, so that a dielectric layer located above is locally "blown off" Laser light and the properties of the dielectric layer should preferably be tuned such that there is at most a slight absorption of laser light in the dielectric layer, so that the dielectric layer hardly heated and certainly not evaporated, but the vast majority of the laser light power only in the amorphous silicon layer is absorbed.
  • the laser light used for ablation is pulsed with a pulse duration of between 1 ps and 100 ns, preferably between 2 ps and 5 ns, more preferably between 5 ps and 200 ps.
  • the light pulses short enough so that there is no substantial propagation of the registered heat during a light pulse, but the registered laser light power preferably leads to an immediate evaporation of the absorbent amorphous silicon material, without significantly heating surrounding areas.
  • the light pulses too short that is shorter than 1 ps or in particular shorter than 100 fs, in order to avoid non-linear light absorption effects occurring with such short pulse durations, in particular with the usually associated with high power densities, can occur.
  • Such non-linear absorption phenomena could result in the laser light no longer being preferentially absorbed in the amorphous silicon layer, but also in the overlying dielectric layer.
  • laser is irradiated with light having a wavelength of less than 450 nm, more preferably less than 380 nm, that is, having a wavelength in the blue or UV range.
  • Such short-wave light is largely transmitted through the dielectric layer but strongly absorbed in the amorphous silicon layer, so that strong local heating may already occur directly on the outer surface of the amorphous silicon layer.
  • sufficient absorption in the amorphous silicon layer may occur, and it may be advantageous for this amorphous silicon layer to be due to the larger one Form penetration depth of the longer wavelength light with a greater thickness.
  • the amorphous silicon layer has a hydrogen content which is suitable for passivating the surface of the silicon substrate.
  • amorphous silicon layers can contain a certain amount of embedded therein atomic or molecular hydrogen.
  • Such amorphous silicon is often referred to as a-Si: H.
  • the incorporated hydrogen can diffuse to free bonds or impurities within an adjacent silicon substrate and passivate them. Such diffusion can be assisted by annealing at elevated temperatures. As a result, a carrier lifetime in the silicon substrate can be significantly increased.
  • the manufacturing method according to the invention may comprise additional manufacturing steps in addition to the manufacturing steps already described, and that the semiconductor component according to the invention may have additional features or structures in addition to the described features or structures.
  • the production process may require further purification steps, Diffusion steps, high-temperature steps, Anneal intimide, metallization steps, Passivitations administrate, etc. have.
  • the semiconductor component may additionally have additional layers or structures, for example in the form of dielectric layers or metal layers or the like.
  • FIGS. 1a-1c illustrate various stages during a method of fabricating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1a-1c essential process stages during the fabrication of a semiconductor device 100 according to one embodiment of the present invention will be described.
  • a crystalline silicon substrate 1 On a crystalline silicon substrate 1, an approximately 10 - 20 nm thick first layer 3 of amorphous silicon is deposited.
  • the amorphous silicon layer is deposited so as to have a high hydrogen content of 10 to 40 at%.
  • One possible production method is, for example, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). The two possibilities are direct plasma method and remote Plasma method can be distinguished. Another possibility is the so-called hot-wire CVD.
  • a second layer 5 of silicon nitride or silicon oxide is deposited over the amorphous silicon layer. Such layers can be deposited, for example, by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).
  • the silicon substrate 1 with the amorphous silicon layer 3 thereon and the dielectric layer 5 formed above can be locally illuminated with a laser light beam 7.
  • the laser light beam 7 has a wavelength at which the dielectric layer 5 barely absorbs, but strongly absorbs the amorphous silicon layer 3.
  • the laser light beam is irradiated with a high power density of, for example, 10 10 -10 12 W / cm 2 . This high power density is largely absorbed in the uppermost edge region of the amorphous silicon layer 3, where it leads to a sudden evaporation of the amorphous silicon and, associated therewith, to a bursting of the dielectric layer above it.
  • the dielectric layer 5 is locally removed in the so-called ablation region 9.
  • the upper edge region of the amorphous silicon layer is removed at this point, but the thickness of the amorphous silicon layer is chosen thick enough that in the ablation not the entire amorphous silicon layer 3 is removed, but at least a residual thickness of at least 1 nm remains.
  • This remaining amorphous silicon layer allows the reliable formation of an ohmic contact in a subsequent deposition of an aluminum layer.
  • an aluminum layer 11 is then deposited over the entire surface of the silicon substrate 1, covering both the dielectric layer 5 in the non-ablated regions 13 and locally the amorphous silicon layer 3 in the ablation regions 9.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes 100 und ein entsprechendes Halbleiterbauelement vorgestellt. Das Herstellungsverfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (1); Ausbilden einer ersten Schicht (3) aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats (1); Ausbilden einer zweiten Schicht (5) aus einem Dielektrikum auf der ersten Schicht (3); und lokales Entfernen der zweiten Schicht (5) in Ablationsbereichen (9) durch Bestrahlen des Siliziumsubstrates (1) und der darauf befindlichen Schichten (3, 5) mit Laserlicht (7). Das Laserlicht (7) wird dabei vornehmlich in der amorphen Siliziumschicht (3) absorbiert, wobei es durch Verdampfen von amorphem Silizium zu einem Ablatieren der darüberliegenden Dielektrikumschicht (5) kommt. Die amorphe Siliziumschicht (3) wird jedoch nicht vollständig entfernt. Eine Restschicht verbleibt und dient zur zuverlässigen Bildung eines elektrischen Kontaktes mit dem Siliziumsubstrat (1).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, mit einer lokal geöffneten Dielektrikumschicht sowie entsprechendes Halbleiterbauelement
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, bei dem eine an einer Oberfläche eines Siliziumsubstrates ausgebildete Dielektrikumschicht lokal geöffnet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Halbleiterbauelement.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei vielen Halbleiterbauelementen kann es notwendig sein, eine Oberfläche eines Siliziumsubstrates lokal mit einem Metallkontakt zu kontaktieren. Beispielsweise können bei einer Solarzelle lokal aufgebrachte Metallkontakte zum Ableiten des in der Solarzelle erzeugten Stromes dienen. Um das Siliziumsubstrat lokal zu kontaktieren, kann beispielsweise eine als Isolationsschicht dienende Dielektrikumschicht auf der Substratoberfläche abgeschieden werden und anschließend in den zu kontaktierenden Bereichen lokal entfernt werden. Über die Dielektrikumschicht kann dann eine Metallschicht abgeschieden werden, die in den Bereichen, in denen die Dielektrikumschicht zuvor lokal entfernt wurde, das darunter liegende Siliziumsubstrat direkt kontaktieren kann. Um eine Dielektrikumschicht lokal zu öffnen, sind herkömmliche Fotolithographieverfahren bekannt, bei denen eine Oberfläche der Dielektrikumschicht zunächst mit einem Lack lokal geschützt wird, der Lack anschließend nach lokalem Belichten in Teilbereichen entfernt wird und anschließend in diesen Teilbereichen die darunterliegende Dielektrikumschicht lokal mittels einer Ätzlösung weggeätzt wird.
Alternativ können Ätzpasten verwendet werden, die lokal auf die Dielektrikumschicht aufgedruckt werden und diese dort wegätzen.
Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zum lokalen Entfernen einer Dielektrikumschicht ist die sogenannte „Laserablation". Hierbei wird Laserlicht hoher Intensität auf die zu entfernenden Bereiche der Dielektrikumschicht fokussiert. Um die zur Ablation notwendigen Energiedichten zu erreichen, wird das Laserlicht meistens gepulst eingestrahlt. Das Laserlicht wird hierbei größtenteils in dem unter der Dielektrikumschicht befindlichen Siliziumsubstrat absorbiert. Es kommt dort zu einer abrupten Erhitzung und Verdampfung von Siliziummaterial, wodurch die darüberliegenden Bereiche der Dielektrikumschicht „abgesprengt" werden, das heißt, lokal abplatzen. Auf diese Weise können zum Beispiel Siliziumdioxidschichten oder Siliziumnitridschichten lokal ablatiert werden.
Aufgrund des bei der Absorption des Laserlichtes auftretenden starken Erhitzens bzw. Aufschmelzens der Oberflächenbereiche des Siliziumsubstrates kann dort die Kristallstruktur des Siliziums geschädigt werden. Im Extremfall wird ein oberflächennaher Bereich des Siliziumsubstrates zusammen mit der darüberliegenden Dielektrikumschicht ablatiert. Die Schädigung der Kristallstruktur sowie das unerwünschte Ablatieren der Siliziumsubstratoberfläche selbst kann zu einer Schädigung des Halbleiterbauelementes führen. Beispielsweise kann sich bei einer Solarzelle direkt an der Oberfläche des Siliziumsubstrats der dünne, empfindliche Emitter befinden. Eine Schädigung oder gar Ablation der Emitterschicht kann zu einer Reduzierung der Ladungsträgerlebensdauern oder gar zu lokalen Kurzschlüssen in der Solarzelle und letztendlich zu einem Wirkungsgradverlust führen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es kann daher ein Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen eines Halb leiterbaue lementes bestehen, bei dem eine auf einem Siliziumsubstrat abgeschiedene Dielektrikumschicht lokal entfernt werden kann, ohne die Oberfläche des Siliziumsubstrats hinsichtlich seiner elektronischen Eigenschaften wesentlich zu schädigen. Ferner kann ein Bedarf an einem Halbleiterbauelement, insbesondere einer Silizium-Solarzelle bestehen, das insbesondere infolge eines solchen schonenden Herstellungsverfahrens eine Struktur aufweist, bei der eine Schädigung eines Siliziumsubstrates in Bereichen, in denen eine darüberliegende Dielektrikumschicht lokal entfernt ist, vermieden ist.
Einem solchen Bedarf kann mit dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes bzw. mit dem Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, vorgeschlagen. Das Verfahren weist die nachfolgenden Schritte vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge auf: (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrates; (b) Ausbilden einer ersten Schicht aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates; (c) Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem Dielektrikum auf der ersten Schicht; und (d) lokales Entfernen der zweiten Schicht in Ablationsbereichen durch Bestrahlen des Siliziumsubstrates und der darauf befindlichen Schichten mit Laserlicht. - A -
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen. Es weist ein Siliziumsubstrat, eine erste Schicht aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates und eine zweite Schicht aus einer Dielektrikumschicht auf der ersten Schicht auf. Die zweite Schicht ist in Ablationsbereichen lokal entfernt. Die erste Schicht weist in den Ablationsbereichen eine Dicke von wenigstens 1 nm, vorzugsweise wenigstens 5nm, auf.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden: An einem Siliziumsubstrat, welches für die Herstellung eines Halbleiterbauelementes dienen soll, wird zwischen einer beispielsweise als elektrische Isolationsschicht dienenden Dielektrikumschicht und der Substratoberfläche eine zusätzliche Schicht abgeschieden. Diese zusätzliche Schicht besteht aus amorphem Silizium (a-Si). Diese a-Si-Schicht kann dazu ausgebildet sein, zu verhindern, dass bei einem Ablatieren, das heißt lokalen Entfernen, der Dielektrikumschicht eine darunterliegende Oberfläche des Siliziumsubstrates geschädigt wird. Ferner kann in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, dass die a-Si-Schicht beispielsweise aufgrund eines darin enthaltenen hohen Wasserstoffanteils gut zur Passivierung der Oberfläche des Siliziumsubstrates dienen kann. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, dass erfahrungsgemäß ein elektrischer Kontakt zwischen einer Aluminiumschicht und der a-Si-Schicht zu sehr geringen und insbesondere zuverlässig reproduzierbaren geringen elektrischen Kontaktwiderständen führt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement kann somit eine Oberfläche eines Siliziumsubstrates lokal in Bereichen, in denen eine über dem Siliziumsubstrat abgeschiedene Dielektrikumschicht lokal entfernt wurde, freigelegt und beispielsweise elektrisch kontaktiert werden. Hierbei kann einerseits eine oberflächennahe Schädigung des Siliziumsubstrats vermieden werden und andererseits eine gute Oberflächenpassivierung, insbesondere in den nicht-freigelegten Bereichen, sowie in zuverlässig reproduzierbarer Weise ein niedriger Kontaktwiderstand mit einer einen Metallkontakt bildenden Aluminiumschicht, die das Siliziumsubstrat in den zuvor lokal geöffneten, freigelegten Bereichen in der Dielektrikumschicht kontaktiert, erzielt werden.
Weitere mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bzw. des Halbleiterbauelements werden nachfolgend detailliert beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Herstellen eines beliebigen Halbleiterbauelementes, bei dem ein lokales Entfernen einer beispielsweise als Isolationsschicht dienenden Dielektrikumschicht notwendig ist, dienen. Beispiele für solche Halbleiterbauelemente können Solarzellen, Leuchtdioden sowie komplexe, in ein Siliziumsubstrat integrierte Schaltungen sein. Die Dielektrikumschicht kann hierbei lokal durch Ablation mit Laserlicht geöffnet werden, um Bereiche freizulegen, in denen das darunterliegende Siliziumsubstrat beispielsweise elektrisch kontaktiert werden kann.
Das Siliziumsubstrat kann beispielsweise in Form eines Siliziumwafers oder in Form einer Siliziumdünnschicht bereitgestellt werden.
Die erste Schicht aus amorphem Silizium wird vorzugsweise direkt an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates ausgebildet, das heißt, ohne weitere zwischen der
Siliziumsubstratoberfläche und der amorphen Siliziumschicht befindliche Zwischenschichten. Mit anderen Worten kann die amorphe Siliziumschicht in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Siliziumsubstrates stehen. Auf diese Weise kann die amorphe Siliziumschicht die Substratoberfläche gut passivieren, indem zum Beispiel freie Bindungen (sogenannte „dangling bonds") abgesättigt werden bzw. in der amorphen Siliziumschicht enthaltener Wasserstoff in die Siliziumsubstratoberfläche eindiffundieren kann. Wie weiter unten detaillierter beschrieben, kann die amorphe Siliziumschicht bestimmte strukturelle sowie chemische Eigenschaften aufweisen, um ihr sowohl gute Oberflächen-passivierende Eigenschaften zu geben als auch um für einen geringen Kontaktwiderstand beispielsweise zwischen einer die amorphe Siliziumschicht kontaktierenden Aluminiumschicht und dem Siliziumsubstrat zu sorgen.
Die zweite Schicht wird aus einem Dielektrikum wie beispielsweise Siliziumoxid (SiO oder SiO2) oder Siliziumnitrid (SiNx, beispielsweise S13N4) gebildet. Die Dielektrikumschicht kann die amorphe Siliziumschicht direkt kontaktieren. Alternativ können zwischen die Dielektrikumschicht und die amorphe Siliziumschicht auch noch weitere, vorzugsweise für das verwendete Laserlicht optisch transparente Schichten zwischengelagert sein. Die Dielektrikumschicht kann als einzelne homogene Schicht oder als Stapel mehrerer verschiedener Schicht ausgebildet sein. Die Dielektrikumschicht kann beispielsweise zur elektrischen Isolation zwischen einer darüber abgeschiedenen Aluminiumschicht und dem Siliziumsubstrat in Bereichen außerhalb der zuvor geöffneten Ablationsbereiche dienen. Alternativ oder ergänzend kann die Dielektrikumschicht auch weitere Aufgaben erfüllen. Sie kann beispielsweise als Antireflexschicht oder Rückseitenspiegel für eine Solarzelle dienen oder einen stabilisierenden Einfluss auf die Passivierung der amorphen Siliziumschicht z.B. während eines Hochtemperaturschrittes, wie z.B. beim Einfeuern metallhaltiger Pasten zur Metallkontaktbildung, bewirken.
Beim anschließenden lokalen Entfernen der Dielektrikumschicht wird das Siliziumsubstrat mit der darauf befindlichen amorphen Siliziumschicht und der ebenfalls darauf befindlichen Dielektrikumschicht lokal mit Laserlicht beleuchtet. Die Eigenschaften des Laserlichts können dabei so gewählt werden, dass es zu einer lokalen Ablation der Dielektrikumschicht kommt. Einflussparameter können hierbei die Fokussierung des Laserlichts, die Leistungsdichte des Laserlichts, die Wellenlänge des Laserlichts sowie die Bestrahlungsdauer sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren zum Herstellen eines Bauelements ferner das Abscheiden einer Aluminiumschicht zumindest in den Ablationsbereichen, in denen die zuvor abgeschiedene Dielektrikumschicht lokal entfernt wurde, auf. Die Aluminiumschicht kann einen guten Ohm' sehen Kontakt mit der in den Ablationsbereichen freigelegten darunterliegenden ersten Schicht aus amorphem Silizium bilden.
Um die Bildung eines solchen guten elektrischen Kontaktes weiter zu unterstützen, kann das Herstellungsverfahren ergänzend den Schritt des Temperns der Aluminiumschicht bei wenigstens 1800C, vorzugsweise wenigstens 2000C beispielsweise über mehr als 10 Minuten, vorzugsweise mehr als 1 Stunde aufweisen. Das Ausbilden von Metallkontakten mit Hilfe einer Aluminiumschicht, die eine darunterliegende Schicht aus amorphem Silizium kontaktiert und vorzugsweise entsprechend getempert wurde, hat sich als vorteilhaft herausgestellt. Solche Kontakte werden manchmal als „COSIMA"-Kontakte (Contacts to a- Si:H passivated Si by means of annealing) bezeichnet. Solche Kontakte können sich durch einen konstant geringen Kontaktwiderstand zwischen dem Aluminium und dem amorphem Silizium und daraus resultierend einem geringen Serienwiderstand beispielsweise für eine Solarzelle auszeichnen. Die Bildung und die Eigenschaften von COSIMA-Kontakten ist beispielsweise beschrieben in H. Plagwitz et al.: „Low-temperature formation of local Al contacts to a-Si:H-passivated Si wafers", Progress in Photo voltaics: Research and Applications, 2004; 12:47-54.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Eigenschaften des zur Ablation verwendeten Laserlichts und die Eigenschaften der amorphen Siliziumschicht derart gewählt, dass beim lokalen Entfernen der Dielektrikumschicht in den Ablationsbereichen höchstens ein Teil der darunterliegenden amorphen Siliziumschicht mit entfernt wird, so dass wenigstens eine Restdicke der amorphen Siliziumschicht von wenigstens 1 nm, vorzugsweise 3 nm, vorzugsweise wenigstens 6 nm verbleibt. Hierzu kann beispielsweise die Dicke der ursprünglich abgeschiedenen amorphen Siliziumschicht entsprechend groß gewählt werden. Beispielsweise kann die amorphe Siliziumschicht mit einer Dicke von zwischen 1 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 5 nm und 50 nm und stärker bevorzugt zwischen 10 nm und 30 nm abgeschieden werden. Die Dicke der amorphen Siliziumschicht kann dabei dick genug gewählt werden, damit selbst bei einer teilweisen Ablation der amorphen Siliziumschicht im Rahmen des lokalen Entfernens der Dielektrikumschicht eine ausreichend dicke restliche amorphe Siliziumschicht verbleibt. Diese verbleibende amorphe Siliziumschicht kann dazu dienen, dass mit einer nachfolgend über der amorphen Siliziumschicht abgeschiedenen Aluminiumschicht ein guter, insbesondere Ohm' scher Kontakt gebildet werden kann. Dabei wird derzeit davon ausgegangen, dass Silizium aus der amorphen Siliziumschicht während eines Temperschrittes in das Aluminium eingebaut wird, wodurch es in sehr zuverlässiger Weise zur Bildung eines Ohm' sehen Kontaktes kommt. Außerdem kann die verbleibende amorphe Siliziumschicht auch in den von der Dielektrikumschicht befreiten Ablationsbereichen für eine gewisse Passivierung der Oberfläche des darunterliegenden Siliziumsubstrates zu sorgen. Andererseits sollte die Dicke der amorphen Siliziumschicht eine gewisse Obergrenze nicht überschreiten. Eine zu dicke amorphe Siliziumschicht könnte sich negativ auf die Eigenschaften des Halbleiterbauelementes auswirken. Beispielsweise könnte bei einer Solarzelle eine dicke amorphe Siliziumschicht zu einer übermäßigen Absorption eingestrahlten Lichts und damit zu einem Wirkungsgradverlust führen.
Die Eigenschaften des zur Ablation verwendeten Laserlichts und die Eigenschaften der amorphen Siliziumschicht sollten auch dahingehend aneinander angepasst sein, dass es zu einer möglichst hohen Absorption des Laserlichts in der amorphen Siliziumschicht, vorzugsweise an der äußeren Oberfläche der amorphen Siliziumschicht kommt. Dadurch kann erreicht werden, dass die amorphe Siliziumschicht durch Bestrahlung mit dem Laserlicht lokal stark erhitzt und vorzugsweise Teile davon schlagartig verdampft werden, so dass eine darüber befindliche Dielektrikumschicht lokal „abgesprengt" wird. Die Eigenschaften des Laserlichts und die Eigenschaften der Dielektrikumschicht sollten dabei vorzugsweise derart abgestimmt sein, dass es allenfalls zu einer geringfügigen Absorption von Laserlicht in der Dielektrikumschicht kommt, so dass die Dielektrikumschicht kaum erhitzt und bestimmt nicht verdampft wird, sondern der überwiegende Anteil der Laserlichtleistung erst in der amorphen Siliziumschicht absorbiert wird.
Vorzugsweise wird das zur Ablation verwendete Laserlicht gepulst mit einer Pulsdauer von zwischen 1 ps und 100 ns, vorzugsweise zwischen 2 ps und 5 ns, stärker bevorzugt zwischen 5 ps und 200 ps, eingestrahlt. Einerseits kann es vorteilhaft sein, die Lichtpulse kurz genug zu wählen, dass es während eines Lichtpulses nicht zu einer wesentlichen Ausbreitung der eingetragenen Wärme kommt, sondern die eingetragene Laserlichtleistung vorzugsweise zu einer sofortigen Verdampfung des absorbierenden amorphen Siliziummaterials führt, ohne umliegende Bereiche wesentlich zu erwärmen. Andererseits kann es vorteilhaft sein, die Lichtpulse nicht zu kurz, das heißt kürzer als 1 ps oder insbesondere kürzer als 100 fs, zu wählen, um zu vermeiden, dass es zu nicht-linearen Lichtabsorptionseffekten kommt, die bei derart kurzen Pulsdauern, insbesondere mit den meist damit verbundenen hohen Leistungsdichten, auftreten können. Solche nicht- linearen Absorptionsphänomene könnten dazu führen, dass das Laserlicht nicht mehr vorzugsweise in der amorphen Siliziumschicht absorbiert wird, sondern auch in der darüberliegenden Dielektrikumschicht.
Vorzugsweise wird Laser licht mit einer Wellenlänge von weniger als 450 nm, stärker bevorzugt weniger als 380 nm, das heißt mit einer Wellenlänge im blauen oder UV-Bereich, eingestrahlt. Solches kurzwelliges Licht wird durch die Dielektrikumschicht größtenteils transmittiert, aber in der amorphen Siliziumschicht stark absorbiert, so dass es zu einer starken lokalen Erhitzung schon direkt an der außen liegenden Oberfläche der amorphen Siliziumschicht kommen kann. Allerdings kann es auch bei Verwendung von längerwelligem Licht zu einer ausreichenden Absorption in der amorphen Siliziumschicht kommen, wobei es vorteilhaft sein kann, diese amorphe Siliziumschicht dann aufgrund der größeren Eindringtiefe des längerwelligen Lichtes mit einer größeren Dicke auszubilden.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung weist die amorphe Siliziumschicht einen Wasserstoffgehalt auf, der zur Passivierung der Oberfläche des Siliziumsubstrates geeignet ist. Es ist bekannt, dass amorphe Siliziumschichten einen gewissen Anteil an darin eingelagertem atomarem oder molekularem Wasserstoff enthalten können. Solches amorphes Silizium wird häufig als a-Si:H bezeichnet. Der eingelagerte Wasserstoff kann zu freien Bindungen oder Störstellen innerhalb eines angrenzenden Siliziumsubstrates diffundieren und diese passivieren. Eine solche Diffusion kann durch ein Tempern bei erhöhten Temperaturen unterstützt werden. Es kann hierdurch eine Ladungsträgerlebensdauer in dem Siliziumsubstrat erheblich gesteigert werden.
Es wird angemerkt, dass Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung in der vorangehenden wie auch in der nachfolgenden Beschreibung teilweise in Bezug auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement, beispielsweise einer Solarzelle, und teilweise in Bezug auf ein Halbleiterbauelement bzw. eine Solarzelle, die insbesondere mit einem solchen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, beschrieben ist. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass, sofern dies nicht anders angegeben ist, die Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung auch jeweils analog auf das Halbleiterbauelement bzw. das Herstellungsverfahren übertragen werden können und umgekehrt. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen auch in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden können.
Es wird ferner angemerkt, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ergänzend zu den bereits beschriebenen Herstellungsschritten noch weitere Herstellungsschritte umfassen kann und dass das erfmdungsgemäße Halbleiterbauelement ergänzend zu den beschriebenen Merkmalen bzw. Strukturen noch weitere Merkmale bzw. Strukturen aufweisen kann. Beispielsweise kann das Herstellungsverfahren noch weitere Reinigungsschritte, Diffusionsschritte, Hochtemperaturschritte, Annealschritte, Metallisierungsschritte, Passivierungsschritte, etc. aufweisen. Das Halbleiterbauelement kann ergänzend zusätzliche Schichten oder Strukturen, beispielsweise in Form von Dielektrikumschichten oder Metallschichten oder ähnliches aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. Ia) - Ic) stellen verschiedene Stadien während eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die Fig. Ia) - Ic) werden wesentliche Verfahrensstadien während der Herstellung eines Halbleiterbauelementes 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Auf ein kristallines Siliziumsubstrat 1 wird eine ca. 10 - 20 nm dicke erste Schicht 3 aus amorphem Silizium abgeschieden. Die amorphe Siliziumschicht wird derart abgeschieden, dass sie einen hohen Wasserstoffanteil von 10 bis 40 at-% aufweist. Ein mögliches Herstellungsverfahren ist beispielsweise PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Dabei können die beiden Möglichkeiten Direktplasma-Methode und Remote Plasma Methode unterschieden werden. Eine andere Möglichkeit ist die sogenannte Hot- Wire-CVD. Über die amorphe Siliziumschicht wird eine zweite Schicht 5 aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid abgeschieden. Solche Schichten können beispielsweise durch PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) abgeschieden werden.
Wie in Fig. Ib dargestellt, kann das Siliziumsubstrat 1 mit der darauf befindlichen amorphen Siliziumschicht 3 und der darüber ausgebildeten Dielektrikumschicht 5 lokal mit einem Laserlichtstrahl 7 beleuchtet werden. Der Laserlichtstrahl 7 weist dabei eine Wellenlänge auf, bei der die Dielektrikumschicht 5 kaum absorbiert, die amorphe Siliziumschicht 3 jedoch stark absorbiert. Der Laserlichtstrahl wird mit einer hohen Leistungsdichte von beispielsweise 1010-1012 W/cm2 eingestrahlt. Diese hohe Leistungsdichte wird größtenteils im obersten Randbereich der amorphen Siliziumschicht 3 absorbiert und führt dort zu einem schlagartigen Verdampfen des amorphen Siliziums und damit verbunden zu einem Absprengen der darüber befindlichen Dielektrikumschicht. Somit wird die Dielektrikumschicht 5 in dem sogenannten Ablationsbereich 9 lokal entfernt. Gleichzeitig wird auch die obere Randregion der amorphen Siliziumschicht an dieser Stelle entfernt, wobei die Dicke der amorphen Siliziumschicht jedoch dick genug gewählt ist, dass bei dem Ablatieren nicht die gesamte amorphe Siliziumschicht 3 entfernt wird, sondern mindestens eine Restdicke von wenigstens 1 nm verbleibt. Diese verbleibende amorphe Siliziumschicht ermöglicht bei einer anschließenden Abscheidung einer Aluminiumschicht die zuverlässige Bildung eines Ohm' sehen Kontaktes. In einem nachfolgenden Prozessschritt wird dann eine Aluminiumschicht 11 über die gesamte Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 abgeschieden und bedeckt dabei sowohl die Dielektrikumschicht 5 in den nicht-ablatierten Bereichen 13 als auch lokal die amorphe Siliziumschicht 3 in den Ablationsbereichen 9. Somit kommt es lokal zu einem elektrischen Kontakt zwischen der Aluminiumschicht 11 und der amorphen Siliziumschicht 3 in den Ablationsbereichen 9, wohingegen die Aluminiumschicht 11 in den nicht-ablatierten Bereichen 13 durch die dazwischen liegende Dielektrikumschicht 5 von der amorphen Siliziumschicht 3 elektrisch isoliert ist. Durch eine nachträgliche Temperung kann das amorphe Silizium in die Aluminiumschicht eingebaut werden. Somit kann letztendlich ein zuverlässiger COSIMA- Kontakt zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und der Aluminiumschicht 11 entstehen.
Abschließend wird daraufhingewiesen, dass die Begriffe „umfassen", „aufweisen" etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.
Bezugszeichenliste
I Siliziumsubstrat
3 Erste Schicht/amorphe Siliziumschicht
5 Zweite Schicht/Dielektrikumschicht
7 Laserlichtstrahl
9 Ablationsbereich
I 1 Aluminiumschicht
13 nicht-ablatierte Bereichen
100 Halb leiterbaue lement

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen eines Siliziumsubstrates (1);
Ausbilden einer ersten Schicht (3) aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des
Siliziumsubstrates (1);
Ausbilden einer zweiten Schicht (5) aus einem Dielektrikum auf der ersten Schicht
(3); und lokales Entfernen der zweiten Schicht (5) in Ablationsbereichen (9) durch Bestrahlen des Siliziumsubstrates (1) und der darauf befindlichen Schichten (3, 5) mit Laserlicht
(V).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner aufweist: Abscheiden einer Aluminiumschicht (11) in Ablationsbereichen (9).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren ferner aufweist: Tempern der Aluminiumschicht (11) bei wenigstens 1800C.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Eigenschaften des Laser lichts und Eigenschaften der ersten Schicht (3) derart angepasst sind, dass beim lokalen Entfernen der zweiten Schicht in den Ablationsbereichen höchsten eine Teildicke der ersten Schicht (3) mitentfernt wird und wenigstens eine Restdicke der ersten Schicht (3) von wenigstens 1 nm verbleibt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Schicht (3) mit einer Dicke von zwischen 1 nm und lOO.nm ausgebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Eigenschaften des Laserlichts (7) und Absorptionseigenschaften der zweiten Schicht (5) derart angepasst sind, dass sich keine wesentliche Absorption des Laserlichtes in der zweiten Schicht ergibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Laserlicht (7) gepulst mit einer Pulsdauer von zwischen 1 ps und 100 ns eingestrahlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Laserlicht (7) mit einer Wellenlänge von weniger als 450 nm eingestrahlt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Schicht (3) einen Wasser stoffgehalt aufweist, der zur Passivierung der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1) geeignet ist.
10. Halbleiterbauelement, aufweisend: ein Siliziumsubstrat (1); eine erste Schicht (3) aus amorphem Silizium an einer Oberfläche des
Siliziumsubstrates (1); eine zweite Schicht (5) aus einem Dielektrikum auf der ersten Schicht (3); wobei die zweite Schicht (5) in Ablationsbereichen (9) lokal entfernt ist; wobei die erste Schicht (3) in den Ablationsbereichen (9) eine Dicke von wenigstens lnm aufweist.
11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, ferner aufweisend: eine Aluminiumschicht (11), wobei die Aluminiumschicht (11) die erste Schicht mindestens in den Ablationsbereichen (9) kontaktiert.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013068471A1 (en) 2011-11-09 2013-05-16 Institutt For Energiteknikk Method and apparatus for ablating a dielectric from a semiconductor substrate
US20150214397A1 (en) * 2014-01-29 2015-07-30 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8399331B2 (en) 2007-10-06 2013-03-19 Solexel Laser processing for high-efficiency thin crystalline silicon solar cell fabrication
US9508886B2 (en) 2007-10-06 2016-11-29 Solexel, Inc. Method for making a crystalline silicon solar cell substrate utilizing flat top laser beam
US8637340B2 (en) 2004-11-30 2014-01-28 Solexel, Inc. Patterning of silicon oxide layers using pulsed laser ablation
US9455362B2 (en) 2007-10-06 2016-09-27 Solexel, Inc. Laser irradiation aluminum doping for monocrystalline silicon substrates
KR101384853B1 (ko) 2010-12-30 2014-04-16 솔렉셀, 인크. 광기전 태양 전지의 레이저 가공 방법
WO2013101846A1 (en) 2011-12-26 2013-07-04 Solexel, Inc. Systems and methods for enhanced light trapping in solar cells
CN113690183A (zh) * 2021-07-06 2021-11-23 华为数字能源技术有限公司 晶圆的减薄方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59103714D1 (de) * 1991-10-07 1995-01-12 Siemens Ag Laserbearbeitungsverfahren für einen Dünnschichtaufbau.
AUPP699698A0 (en) * 1998-11-06 1998-12-03 Pacific Solar Pty Limited Indirect laser patterning of resist
DE19915666A1 (de) * 1999-04-07 2000-10-19 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Kontaktierung von Solarzellen
US20070295399A1 (en) * 2005-12-16 2007-12-27 Bp Corporation North America Inc. Back-Contact Photovoltaic Cells
US20070137692A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Bp Corporation North America Inc. Back-Contact Photovoltaic Cells
DE102006042617B4 (de) * 2006-09-05 2010-04-08 Q-Cells Se Verfahren zur Erzeugung von lokalen Kontakten
US7517709B1 (en) * 2007-11-16 2009-04-14 Applied Materials, Inc. Method of forming backside point contact structures for silicon solar cells
TW201027783A (en) * 2008-09-19 2010-07-16 Applied Materials Inc Methods of making an emitter having a desired dopant profile

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. PLAGWITZ ET AL.: "Low-temperature formation of local Al contacts to a-Si:H-passivated Si wafers", PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS: RESEARCH AND APPLICATIONS, vol. 12, 2004, pages 47 - 54

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013068471A1 (en) 2011-11-09 2013-05-16 Institutt For Energiteknikk Method and apparatus for ablating a dielectric from a semiconductor substrate
US20150214397A1 (en) * 2014-01-29 2015-07-30 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same
US10847663B2 (en) * 2014-01-29 2020-11-24 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same

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