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DE2405936A1 - SUN CELL - Google Patents

SUN CELL

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Publication number
DE2405936A1
DE2405936A1 DE19742405936 DE2405936A DE2405936A1 DE 2405936 A1 DE2405936 A1 DE 2405936A1 DE 19742405936 DE19742405936 DE 19742405936 DE 2405936 A DE2405936 A DE 2405936A DE 2405936 A1 DE2405936 A1 DE 2405936A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solar cell
light
layer
niobium
reflective coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19742405936
Other languages
German (de)
Other versions
DE2405936C2 (en
Inventor
Joseph Lindmayer
Akos George Revesz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Comsat Corp
Original Assignee
Comsat Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Comsat Corp filed Critical Comsat Corp
Publication of DE2405936A1 publication Critical patent/DE2405936A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2405936C2 publication Critical patent/DE2405936C2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30Coatings
    • H10F77/306Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/315Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

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Bremen,ά&ι 7.2.1974 Anmelder:Bremen, ά & ι 02/07/1974 Applicant:

Gonmunications Satellite Corporation
Washington D.C., USA
Gonmunications Satellite Corporation
Washington DC, USA

SonnenzelleSolar cell

Die Erfindung "betrifft eine Sonnenzelle, die auf eine Lichtstrahlung anspricht, welche den kurzen Wellenlängenbereich des lichtspektrums zwischen o,3 und os5 Mikron -umfasst g und. die eine antireflektierende Beschichtung über der primären Oberfläche der Sonnenzelle» durch die das Licht dringt ΰ aufweist „ wobei die Beschichtung brauchbares Liehtj, einseSiließlieh Licht mit kurser Wellenlänge weder absorbiert noch reflektierte Die Verwendung von Siliciurasonnenzellenc die Lielit« energie in elektrische Energie umwandeln,, sind sowohl im Anwendungsbereich auf der Erde .und im Weltraum bekannt«, Das auf die Siliciumsonnenzelle einfallende Licht wird toe öe® Halbleitergrundmaterial der Zelle absorbiertp wodurch llektronen-Löcher-Paare erzeugt werden (d.h„ Ladungsträger) Idealzustand werden die Ladungsträger durch den HalDled übergang besonders getrennt, ohne daß bm Übergang ein® kombination auftritt. Die Ladungsträger- könaea &n dea slefe. gegenüberliegenden Oberflächen der Sonaonaolle mit Hilf©The invention "relates to a solar cell that is responsive to a light radiation which is the short wavelength range of the light spectrum between o, 3 and o s 5 microns -umfasst g and. By the penetrating an anti-reflective coating over the primary surface of the solar cell" the light ΰ has "wherein the coating useful Liehtj, einseSiließlieh light having Kurser wavelength neither absorbed nor reflected using Siliciurasonnenzellen c Lielit" energy into electrical energy are ,, both in scope to the earth .and in space known "the onto the silicon solar cell incident light is toe öe® semiconductor base material of the cell absorbs p whereby llektronen-hole pairs are generated (ie, "carrier) ideal state, the charge carriers transition especially separated by the HalDled without bm transition ein® combination occurs. the charge carrier könaea & n dea slefe. opposite surfaces of the Sonaonaoll e with the help of ©

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metallischer Stromanschlüsse gesammelt werden, wodurch ein Stromfluß entsteht.metallic power connections are collected, creating a current flow.

Der Wirkungsgrad der Sonnenzelle (d.h. das Verhältnis zwischen der elektrischen Ausgangsleistung und der Eingangsleistung des einfallenden verwendbaren Lichtes) steht direkt in Beziehung zur Menge des in die Siliciumzelle einfallenden verwendbaren Lichtes. Das verwendbare Licht kann bei einer bestimmten Sonnenzelle als eine elektromagnetische Energie bei solchen Wellenlängen definiert werden, die, wenn sie von der Sonnenzelle absorbiert wird, eine Erzeugung von Ladungsträgern am Zellenübergang bewirkt. Der Wirkungsgrad der Sonnenzelle jedoch ist wegen der Reflektion des verwendbaren Lichtes von der oberen Oberfläche der Sonnenzelle begrenzt. Um das Problem der Lichtreflektion zu verringern,wird eine antireflektierende Beschichtung auf die Oberfläche gebracht, durch die das Licht in die Sonnenzelle eindringt.The efficiency of the solar cell (i.e. the ratio between the electrical output power and the input power of the incident usable light) is directly related to the amount of usable incident light into the silicon cell Light. The usable light can be used in a certain solar cell as an electromagnetic energy in such Wavelengths are defined which, when absorbed by the solar cell, result in a generation of charge carriers Cell transition causes. The efficiency of the solar cell, however, is due to the reflection of the usable light from the upper surface of the solar cell. To reduce the problem of light reflection, anti-reflective is used Coating applied to the surface through which the light penetrates the solar cell.

Wie bereits bekannt ist, werden von der Umgebung, in der eine Sonnenzelle verwendet werden soll, die spezifischen mechanischen, chemischen und optischen Eigenschaften festgelegt, die die antireflektierende Beschichtung aufweisen muß. Im Anwendungsbereich der Raumfahrt, bei der eine Zuverlässigkeit unter extremen Umweltbedingungen und während einer außerordentlichen Seitspanne gefordert wird, ist das Vorhandensein dieser Eigenschaften für eine erfolgreiche Mission wesentlich.As is already known, the environment in which a Solar cell should set the specific mechanical, chemical and optical properties that are used must have the anti-reflective coating. In the scope space travel, where reliability under extreme environmental conditions and during extraordinary Having these qualities is essential to a successful mission.

Eine fundamentale optische Eigenschaft besteht darin, daß die antireflektieren.de Beschichtung die Reflektion des verwendbarer. Lichtfts verringert. Bei Anwendung in der Raumfahrt, c.ei der eine Abäeckscheibe vorzugsweise aus Quarz sich über !laser attireflektierenden Beschichtung befindet, um die Sonnenselle vcr schädlicher Strahlung zu schützen, sollte der Brechungsindex der antireflektierenden Beschichtung zwischen lern, der Quarsabdeckscheibe und iex darunter befindlichen Son-A fundamental optical property is that the anti-reflective coating is the reflection of the usable. Lightfts reduced. When used in the aerospace, c.ei a Abäeckscheibe preferably made of quartz over! Laser attireflektierenden coating is to protect the sun Selle vcr harmful radiation, the refractive index of the antireflective coating between learning that should Quarsabdeckscheibe and iex therebelow special

nenzelle sein, d.h. im allgemeinen im Bereich zwischen 29o und 2,5. Eine andere erforderliche optische Eigenschaft einer antireflektierenden Beschichtung ist die Durchlässigkeit» Die antireflektierende Beschichtung sollte kein brauchbares Licht absorbieren, sondern sollte den Durchgang eines derartigen Lichtes zu der darunterliegenden Sonnenzelle ermoglielaaii. Wie sich aus der abschließenden Analyse ergibt, sind die für eine antireflektierende Beschichtung erforderlichen optischen Eigenschaften abhängig von den Brechungsindizes und zwar sowohl von der darunterliegenden Sonnenzelle und der Abdeckscheibe als auch von der Wellenlänge, auf die die Sonnenzelle anspricht.n cell, ie generally in the range between 2 9 o and 2.5. Another required optical property of an anti-reflective coating is permeability. The anti-reflective coating should not absorb any useful light, but should allow such light to pass through to the underlying solar cell. As the final analysis shows, the optical properties required for an anti-reflective coating are dependent on the refractive indices, both on the underlying solar cell and the cover panel and on the wavelength to which the solar cell responds.

Aus der deutschen Patentschrift Nr. P 22 46 115» angemeldet am 2o. September 1972, geht eine Sonnenzelle hervor, die eieli für das gesamte sichtbare Spektrum eignet und insbesondere für Licht im blau-violetten Bereich des Spektrums. Dieser Bereich entspricht dem KurzweLlenbereich des Lichtes von etwa o,3 bis o,5 Mikron. Bisher ist eine Sonnenzelle mit diesen Eigenschaften nicht bekannt. Um eine Sonnenzelle mit einem Anspreohvermögen erfolgreich verwenden zu können, das sieh in den kurzen Wellenlängenbereich erstreckt, ist es notwendig eine antireflektierende Beschichtung anzuwenden, die kein Lieht über das gesamte sichtbare Spektrum absorbiert, d9h. von ®@3 bis 1,1 Hikron und die einen Brechungsindex zwischen dem i©r Abdeckscheibe und der Sonnenzelle aufweist.From the German patent specification No. P 22 46 115 »filed on 2o. September 1972, a solar cell emerges which is particularly suitable for the entire visible spectrum and especially for light in the blue-violet region of the spectrum. This range corresponds to the short wave range of light from about 0.3 to 0.5 microns. So far, a solar cell with these properties is not known. In order to be able to successfully use a solar cell with a response that extends into the short wavelength range, it is necessary to apply an anti-reflective coating that does not absorb light over the entire visible spectrum, i.e. 9 hours. from ® @ 3 to 1.1 micron and which has a refractive index between the i © r cover plate and the solar cell.

Die antireflektierende Beschichtung muß ebenfalls den gewlss©a mechanischen und chemischen Kriterien genügen« Hebea den Itoweit- und Lebensdauerbetrachtungen, werden diese Krlteries von den physikalischen Eigenschaften der Sonnenzelle bestirnt. Eine solche Sonnenzelle, die auf Licht im kurzen Wellenlämg©a° bereich anspricht und insbesondere eine ZeIIe9 die sash1des· oben genannten Patentanmeldung hergestellt wirdg benötigt olsioThe anti-reflective coating must also meet certain mechanical and chemical criteria. In view of the length and service life considerations, these properties are influenced by the physical properties of the solar cell. Such a solar cell, the area is responsive to light in the short Wellenlämg © a ° and in particular a ZeIIe wirdg 9, the sash 1 of the · Patent Application mentioned above requires prepared olsio

409833409833

antireflektierende Beschichtung um gewisse spezifische Kriterien zu erfüllen. Zum Beispiel ist der in der oben genannten Patentanmeldung beschriebene n-p Übergang der auf kurze Wellen ansprechenden Sonnenzelle nur etwa 1 ooo bis 2 ooo A von der oberen Oberfläche der Sonnenzelle entfernt. Unter diesen Bedingungen würde die antireflektierende Beschichtung den flachen Übergang beschädigen, wenn die Beschichtung in die Sonnenzelle eindringt. Eeraer muß jede irgendwie erzeugte mechanische Beanspruchung an der Berührungsfläche zwischen der antireflektierenden Beschichtung und des Halbleiterkörpers gering sein, so daß eine derartige Beanspruchung nicht den Übergang beschädigt.anti-reflective coating around certain specific criteria to meet. For example, the n-p transition described in the above patent application is the short one Waves responding solar cell only about 1,000 to 2,000 A from the top surface of the solar cell. Under under these conditions, the anti-reflective coating would damage the shallow junction if the coating were in the Invades solar cell. Eeraer must have any mechanical stress generated at the interface between the Anti-reflective coating and the semiconductor body be low, so that such a stress is not the Junction damaged.

Ferner sollte sich die antireflektierende Beschichtung nicht verschlechtern, wenn sie in einem Vakuum dem ultra-violetten Licht auegesetzt wird. Die Wirkung einer solchen Verschlechterung könnte eine Änderung des Brechungsindexes der antireflektierenden Beschichtung und die Absorptions des Lichtes im kurzen Wellenlängenbereich sein. Bezüglich der Silicium-Sonnenzellen ist ferner eine Erscheinung unter der Bezeichnung "Dispersion" bekannt, bei der der Brechungsindex des Siliciums mit kürzer werdender Wellenlänge zunimmt. Aus diesen Gründen sollte die antireflektierende Beschichtung eine Beziehung zur Wellenlänge aufweisen, welche sich dem veränderlichen Brechungsindex des Siliciums anpasst.Furthermore, the anti-reflective coating should not degrade when exposed to the ultra-violet in a vacuum Light is exposed. The effect of such deterioration could be a change in the refractive index of the anti-reflective Coating and the absorption of light in the short wavelength range. Regarding the silicon solar cells Also known is a phenomenon known as "dispersion" in which the index of refraction of silicon increases with decreasing wavelength. For these reasons, the anti-reflective coating should have a relationship with the Have wavelength which adapts to the variable refractive index of the silicon.

8beh weitere Kriterien einer antireflektierenden Beschichtung oeziehen sich auf ihre Stabilität, auf die Aihäsioneeigensehaften und auf die Härte. Das antireflektierende Material sollte chemisch stabil sein, i,h. es sollte nicht seine Zusammensetzung während des Prozesses ändern, während dtm es einer bestimmten !Temperatur, Chemikalien und Feuchtigkeit ausgesetzt wird, und sollte während der Lagerung sich nicht verändern, um konstante optische Eigenschaften sicherzustellen. Die Adhäsion ler antlreflektltrenden Beschichtung an die Sonnenzelle sollte ausgezeichnet sein, um sicherzustellen, daß keine Entleimung8 consider further criteria for an anti-reflective coating o refer to their stability, to the aihesional properties and the hardness. The anti-reflective material should be chemically stable, i, h. it shouldn't be its composition change during the process while dtm there one temperature, chemicals and humidity, and should not change during storage ensure constant optical properties. The adhesion of the anti-reflective coating to the solar cell should be excellent to make sure there is no degumming

L η ρ :■' L η ρ : ■ '

-rf V-rf V

während des Bearbeitungsprozesses oder während der Aussetzimg in Feuchtigkeit oder eines Temperaturkreislaufes auftritt. Schließlich sollte das antireflektisrende Material hart genug sein, um während der Herstellung oder der Verwendung und insbesondere während der Befestigung der Abdeckscheibe nicht beschädigt werden.during the machining process or during the suspension occurs in moisture or a temperature cycle. Finally, the anti-reflective material should be hard enough to stand up during manufacture or use, and in particular are not damaged while the cover panel is being attached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die eingangs genannte Sonnenzelle eine ant!reflektierende Schicht vorzuschlagen, welche den oben genannten Bedingungen genügt.The invention is based on the object for the aforementioned Solar cell to propose an ant! Reflective layer, which meets the above conditions.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß als Material für eine antireflektierende Schicht Niobpentoxid (Fb2 0^) vorgeschlagen wird.The solution to this problem is that niobium pentoxide (Fb 2 0 ^) is proposed as the material for an anti-reflective layer.

Das zu verwendende Niobpento2iid weist einen Breehungsindex von etwa 2,4 auf und dast gemäß der Erfindung„ zu verwendende Hiobpentoxid ist amorph. Die vorgeschlagene antireflektierende Schicht findet vorzugsweise bei solchen Sonnensellen Anwendung, die besonders auf Licht im kurzen ¥ellenläng@a"bereicii ansprechen (d.h. bei o,3 bis o,5 Mikron)·The Niobpento2iid to be used has a Breehungsindex of about 2.4, and the t in accordance with the invention, "to be used Hiobpentoxid is amorphous. The proposed anti-reflective layer is preferably used for those solar cells that respond particularly to light in the short ¥ ellenläng @ a "bereicii (ie at 0.3 to 0.5 microns).

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher Hierbei zeigernThe invention is shown in more detail with reference to the drawing

Figur 1 eine dreidimensionale Ansicht einer So&nenzelle mit einer antireflektierenden Beschichtung aus MiobpentoxidgFIG. 1 shows a three-dimensional view of a solar cell with an anti-reflective coating made of Miobpentoxidg

Figuren 21 biß 2G- Seitenansicht an der Sonn®az®ll© na©!i bei verschiedenen Stufen atij? Herstellung der Sonnenseil© einschließlich dar antireflektie^sadaa Beschich tung gemäß der Erfindimg und.Figures 21 to 2G side view of the Sonn®az®ll © na ©! I at different stages atij? Manufacture of the sun rope © including dar antireflective ^ sadaa Beschich processing according to the invention and.

Figur 3 eine Fotomaske, die während des Herstellungsprozesses der Sonnenzelle nach Figur 1 verwendet wird.Figure 3 shows a photomask that during the manufacturing process the solar cell according to Figure 1 is used.

Bevor die Erfindung näher beschrieben wird, wird darauf hingewiesen, daß solche Maße, wie die Größe der Sonnenzelle und die relative Dicke der verschiedenen in Figur 1 dargestellten Schichten, nicht für eine tatsächliche Sonnenzelle repräsentativ sind, sondern daß sie nur zur Veranschaulichung dienen. Ferner ist 'die vorliegende Erfindung, die sich auf die Verwendung von NbpOc als eine antireflektierende Beschichtung bezieht, generell auf Sonnenzellen anwendbar , jedoch wird zur Beschreibung der Erfindung als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Siliciumsonnenzelle herangezogen, die auf Licht im kurzen Wellenlängenbereich anspricht und die in der oben genannten deutschen Patentanmeldung näher beschrieben ist.Before the invention is described in more detail, it is pointed out that that such dimensions as the size of the solar cell and the relative thickness of the various ones shown in FIG Layers, are not representative of an actual solar cell, but that they are used for illustrative purposes only. Furthermore 'the present invention relates to the use sourced from NbpOc as an anti-reflective coating, generally applicable to solar cells, however, a silicon solar cell which operates on light is used as a preferred embodiment for describing the invention responds in the short wavelength range and that in the above mentioned German patent application is described in more detail.

In Figur 1 ist: eine Siliciumsonnenzelle 1 dargestellt, die eine Schicht 2 aus einem ersten Leitungstyp aufweist, der von einer Schicht 3 eines entgegengesetzten Leitungstyps durch einen Übergang 4 getrennt iet. Bei dem bevorzugten Ausführungs beispiel weist; die Siliciumzelle 1 eine n-Zone 2 auf, die von einer p-Zone 5 durch einen n-p Übergang 4 getrennt ist und der um 1 ooo A von der oberen Oberfläche der Zone 2 entfernt ist. Wie in der Sonnenzellenteohnik bekannt ist, wird ein Grundmaterial vom p-£yp mit einer η-Typ diffundierten Zone, wie beschrieben, einem Grundmaterial vom η-Typ mit einer p-Typ diffundierten Zone vorgezogen; die Erfindung jedoch kann in beiden Fällen angewendet werden.FIG. 1 shows a silicon solar cell 1 which has a layer 2 of a first conductivity type which is separated from a layer 3 of an opposite conductivity type by a junction 4. In the preferred embodiment, for example, has; the silicon cell 1 has an n-zone 2 which is separated from a p-zone 5 by an np junction 4 and which is removed from the upper surface of the zone 2 by 1,000 Å. As is known in the art of solar cells, a p-yp base material with an η-type diffused zone as described is preferred to an η-type base material with a p-type diffused zone; however, the invention can be applied in either case.

Auf der oberen Oberfläche einer Zone 2 vom n-Typ befindet sich ein metallisches Gitter 5 zur Aufnahme von Ladungsträgernf die während des fotoelektrischen Prozesses erzeugt werden. Vie noch im folgenden näher beschrieben wird, bedeckt eine antireflektierende Beschichtung 12 jene Flächen der oberenOn the upper surface of an n-type zone 2 there is a metallic grid 5 for receiving charge carriers f generated during the photoelectric process. As will be further described below, an anti-reflective coating 12 covers those surfaces of the upper ones

k 0 S 8 2 3 / i S Λ 1 k 0 S 8 2 3 / i S Λ 1

Oberfläche der Zone 2, die nicht von einem metallischen 5 bedeckt sind. Das metallische Kollektorgitter 5 ist aus einer feingeometrischen Art und weist metallische Finger 5Ά, einer Breite von etwa 1 bis 2ο Mikron auf, wie aus der oben genannten deutschen Patentanmeldung zu entnehmen ist, Eb auch irgendein anderes bekanntes metallisches Kollektorgitter verwendet werden. Gemäß vorliegender Erfindung weist die 3?©«· flektierende Beschichtung 6 Nb2Oc auf.Surface of zone 2 that are not covered by a metallic 5. The metallic collector grid 5 is of a fine geometric type and has metallic fingers 5Ά, a width of about 1 to 20 microns, as can be seen from the above-mentioned German patent application, Eb any other known metallic collector grid can also be used. According to the present invention, the reflective coating has 6 Nb 2 Oc.

Eine konventionelle Quarzabdeckscheibe 7 bedeckt die antireflektierende Beschichtung 12 und das Gitter 5 mit Ausnahme der Sammelschiene 5b des Gitters 5. Auf dem Boden der p-Zone 3 befindet sich ein konventioneller metallischer Kontakt 8, der die gesamte Grundfläche der Zone 3 bedecken kann.A conventional quartz cover plate 7 covers the anti-reflective one Coating 12 and the grid 5 with the exception of the busbar 5b of the grid 5. On the bottom of the p-zone 3 there is a conventional metallic contact 8 which can cover the entire base area of zone 3.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Niobpentoxidbeschichtung für ein Halbleiterplättchen einer geeigneten Größe verwendet, das einen flachen n-p Übergang unter der Oberfläche aufweist, die von Niobpentoxid beschichtet werden soll. Ss wird auf die Figuren 2A bis 2G verwiesen,, aus denen jeweils eine Seitenansicht des Plättchens während hintere inander folgender Arbeitsschritte bei einem bevorzug«- ten Verfahren zur Beschichtung einer Sonnenzelle mit hervorgeht.In a preferred embodiment of the invention, the Niobium pentoxide coating for a semiconductor die one appropriate size is used that has a shallow n-p junction under the surface coated by niobium pentoxide shall be. Reference is made to Figures 2A to 2G, from each of which a side view of the plate during subsequent successive work steps in a preferred th process for coating a solar cell with emerges.

Bie Herstellung dieses Plättchens ist nicht Gegenstand des1 l^fladung, sondern stellt nur sin typisches Verfahren &@,τΰ Sas nur ssur Erläuterung der Zusammenhänge kurz beschrieben -fird» Der Ausgangspunkt ist eine Scheibe aus Silicium, <6LI© auf «ine bestimmte Größe gesctaitten wird# welche sich sw? The manufacture of this plate is not the subject of the 1 l ^ charge, but only represents a typical process & @, τ ΰ Sas only ssur explanation of the connections briefly described -fird "The starting point is a disk of silicon, <6LI © on" ine certain Size is sctaitten # which one is sw?

als Sonnenztlle ©ignet· Die Siliciumaelle wird ©inem Diffusionsproaeß miterworfem, Tb©i dem Έτβ®&~ Cnormalerweise Phosphor) in eine Oberfläche des SIli®ii c CMüi itradiert wird, im % inen lä-p Übergang 4 sm ©rs®ug©a0 ü&s as Sonnenztlle © ignet · The silicon eel is erased in a diffusion process, Tb © i the Έτβ® & ~ Cnormally phosphorus) is erased into a surface of the SIli®ii c CMüi it , in the % inen lä-p transition 4 sm © rs®ug © a 0 ü & s

■T'.i-T- '5fvs!© H Ton der oberen öberfläsii© ü®t goae 2 sntfsrat iSü "Ji© Ii- fiipsT 2A dargestellt ist« lin ■ T'.iT- ' 5f vs! © H tone of the upper öberfläsii © ü®t goae 2 sntfsrat iSü "Ji © Ii- fiipsT 2A is shown« lin

499833/082499833/082

zur Diffusion eines flachen Überganges in die Sonnenzelle wird in der US-Patentanmeldung S.N. 331 74o, angemeldet am 13. Februar 1973. beschrieben.for diffusion of a shallow transition into the solar cell, US patent application S.N. 331 74o, registered on February 13, 1973. described.

In Figur 2A ist eine Siliciumscheibe mit einer n-Zone 2 dargestellt, die von einer p-Zone 3 durch einen flachen p-n Übergang 4 getrennt ist. Mit 9 ist eine Schicht bezeichnet, die aus elementarem Niob besteht.FIG. 2A shows a silicon wafer with an n-zone 2, which is separated from a p-zone 3 by a flat p-n Transition 4 is separated. With 9 a layer is designated, which consists of elemental niobium.

In der ersten Stufe der vorliegenden Erfindung, weist die Siliciumscheibe 1 mit dem erforderlichen n-p Übergang 4 eine Schicht 9 aus elementarem Niob auf, da3 auf die gesamte obere Oberfläche 2 der Sonnenzelle aufgedampft ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann die Verdampfung des Niob mit Hilfe eines Elektronenstrahlverdampfungs-In the first stage of the present invention, the silicon wafer 1 has the required n-p junction 4 a layer 9 of elemental niobium is deposited on the entire upper surface 2 of the solar cell. In one preferred embodiment of the invention, the evaporation of the niobium with the help of an electron beam evaporation

Prozesses erfolgen. Die Niobschicht 9 ist etwa 25o A dick (+ 25A), jedoch kann die Schicht auch 1oo £ oder größer sein und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke des sich ergebenden Oxides. Die Oxiddicke sollte gleich 1/4 der Wellenlänge des Lichtes in der Mitte des Spektrums des brauchbaren Lichtes für die bestimmte Sonnenzelle sein. Eine 2oo AProcess. The niobium layer 9 is about 25o A thick (+ 25A), but the layer can also be 100 pounds or larger depending on the desired thickness of the resulting oxide. The oxide thickness should be 1/4 of the wavelength of light be in the middle of the spectrum of usable light for the particular solar cell. A 2oo A

dicke Schicht aus Niob kann auf eine 55o A dicke Schicht aus Niobpentoxid oxydiert werden. Obwohl die Technik der Elektronenstrahlverdampf ung gut bekannt iet, sollten gewisse Punkte berücksichtigt werden. Um eine geeignete Ablagerung sicher zu stellen, muß eine Niobquelle großer Reinheit verwendet werden, die klein genug ist, um eine unzulässige thermische Strahlung von dem heißen Niobmetall zu verhindern, und die von einem Elektronenstrahl in einem hohen Vakuum bombardiert wird. Ferner sollte die p-n Siliciumscheibe von irgendeiner Elektronenbeschädigung geschützt werden, die sich von dem Elektronenstrahl ergeben kann, der auf das Niob gerichtet ist. Al3 Schutz kann ein positiv geladener Metallelektrodenschirm verwendet werden, der irgendwelche Elektronenstrahlen anzieht. Das Niobmetall selbst sollte frei von irgendwelchen verunreinigungen sein, die, falls sie auf die Zone 2 gelangen, wäh-thick layer of niobium can be oxidized onto a 55o A thick layer of niobium pentoxide. Although the technique of electron beam evaporation As is well known, certain points should be considered. To ensure a suitable deposit To provide a niobium source of great purity must be used, which is small enough to withstand an impermissible thermal To prevent radiation from the hot niobium metal, and which is bombarded by an electron beam in a high vacuum. Furthermore, the p-n silicon wafer should be protected from any electron damage arising from the electron beam which is directed towards the niobium. Al3 protection can be a positively charged metal electrode screen can be used, which attracts any electron beams. The niobium metal itself should be free of any impurities who, if they get to zone 2,

4 0 9 3 3 3/0821 -9-4 0 9 3 3 3/0821 -9-

rend diese» oder der nachfolgenden Stufen dee BeSchichtungsverfahrens in die Schicht 2 diffundieren und dadurch den p-n-Übergang 4 der Siliciumsonnenzelle beschädigen.During this or the subsequent stages of the coating process diffuse into the layer 2 and thereby the Damage the p-n junction 4 of the silicon solar cell.

In der zweiten Stufe wird eine Schicht aus einem Fotoabdeckmaterial 1o auf die gesamte obere Fläche der Niobschicht 9 gelegt. Die Fotoabdeckung 1o kann aus irgendeiner im Handel erhältlichen Fotoabdeckung bestehen, die beim fotolithographischen Verfahren zur Herstellung von Microschaltungen verwendet werden, wie beispielsweise die unter der Bezeichnung AZ-111 von der Fa. Shipley Company, Los Angeles, USA hergestellt wird. Weitere Fotoabdeckungen sind beispielsweise von der Fa. Kodak in Rochester, USA, erhältlich. Die Fotoabdeckung AZ-111 ist eine "positive" Abdeckung, die nach der Belichtung und Entwicklung wasserlöslich wird; jedoch läßt sich auch eine "negative" Abdeckung verwenden, die nach der Belichtung und der Entwicklung unlöslich wird. Um das gewünschte Muster der entwickelten Fotoabdeckung vorzubereiten, wird eine Fotomaske mit einem Muster, das Licht durchläßt, und das mit dem Muster identisch ist, das für das obere Metallgitter 5, gemäß Figur 1, gewünscht wird (für eine positive Fotoabdeckung; eine negative Fotoabdeckung würde ein negatives haben), über die Fotoabdeckung 1o gebracht. Als Nächstes wird die obere Oberfläche der Schicht 9, die von der Fotoabdeokung bedeckt ist, durch die Fotomaske ultra-violettem Licht ausgesetzt. Sodann wird die Fotomaske entfernt und die Schicht der Fotoabdeckung mit dem Entwickler entwickelt, der von dem Hersteller der AZ-111 Fotoabdeckung empfohlen wird. Die Sonnenzelle wird in Wasser oder in einem anderen, vom Hersteller empfohlenen Lösungsmittel abgewaschen, wodurch die lösliche entwickelte Fotoabdeckung entfernt wird, die dem Licht ausgesetzt war, wodurch ein Muster des entwickelten Fotoabdeckmaterials 1oa auf der oberen Oberfläche der Schicht 9 zurückbleibt, wie aus Figur 2C ersichtlich ist. An dieser Stelle ist das Muster des Fotoabdeckmaterials 1oa das Fotonegativ des metallischen Gittermusters 5, das eventuell auf The second stage is a layer of photo resist material 1o placed on the entire upper surface of the niobium layer 9. The photo cover 1o can be any commercially available available photo cover exist, which in the photolithographic process for the production of microcircuits can be used, such as those under the designation AZ-111 from the Shipley Company, Los Angeles, USA will be produced. Further photo covers are available, for example, from Kodak in Rochester, USA. the Photo cover AZ-111 is a "positive" cover that is after exposure and development becomes water soluble; however, a "negative" cover can also be used, which is after becomes insoluble after exposure and development. To prepare the desired pattern of the developed photo cover, becomes a photomask with a pattern that allows light to pass through and that is identical to the pattern used for the top metal grid 5, according to Figure 1, is desired (for a positive photo cover; a negative photo cover would be a negative have), brought over the photo cover 1o. Next is the top surface of the layer 9, which will be covered by the photo is exposed to ultra-violet light through the photomask. Then the photo mask is removed and the Layer of photo cover developed with the developer recommended by the AZ-111 photo cover manufacturer. The solar cell is washed off in water or in another solvent recommended by the manufacturer, whereby Removing the soluble developed photographic cover that has been exposed to light, creating a pattern of the developed Photo cover material 1oa remains on the upper surface of the layer 9, as can be seen in Figure 2C. At this Place is the pattern of the photo cover material 1oa the photo negative of the metallic grid pattern 5, which may be on

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die obere Fläche der Zone 2 gebracht werden soll.the top surface of zone 2 is to be brought.

In der dritten aus Figur 2D ersichtlichen Stufe wird eine Metallkontaktschicht 11, die beispielsweise aus einem Gemisch von Chrom und Gold einer Dicke von etwa 2oooA besteht, mit Hilfe einer Vakuumverdampfung über die gesamte obere Fläche der Sonnenzelle einschließlich der Fotoabdeckung 1oa und des Niobmusters 9 aufgetragen. Während dieses bevorzugten Auftragungsverfahrens wird anfangs reines Chrom verdampft, wobei Gold allmählich in die Metallablagerung gemischt wird. Am Ende des VerdampfungspffiBesses wird Chrom aus der Phase genommen und nur reines Gold vervollständigt den Kontakt. Die Bedingungen dieses Verfahrens sind an sich bekannt und eine Beschreibung dieser Technik wird nicht als notwendig erachtet.In the third stage, which can be seen from FIG. 2D, a metal contact layer is used 11, which consists for example of a mixture of chromium and gold with a thickness of about 2oooA, with the help vacuum evaporation over the entire top surface of the solar cell including the photo cover 1oa and the niobium pattern 9 applied. During this preferred application process, pure chromium is initially vaporized, with gold gradually mixed into the metal deposit. At the end of the evaporation process, chromium is removed from the phase and only pure gold completes the contact. The conditions of this process are known per se and a description this technique is not considered necessary.

Die vierte Stufe besteht darin, das entwickelte Fotoabdeckmaterial 1oa von dee Oberfläche des elementaren Niob 9 zu entfernen. Die Entfernung der entwickelten Fotoabdeckung 1oa wird mit Hilfe der bekannten "Abhebteohnik" durchgeführt, bei der die entwickelte Fotoabdeckung, die abgehoben werden soll, in Azeton oder in eine andere, vom Hersteller zur Entfernung des entwickelten AZ-111 empfohlene Chemikalie getaucht. Das Azeton befindet sich in einem Ultraschallbad, um die Entfernung der entwickelten Fotoabdeokung 1oa zu erleichtern. Das Ergebnis des Abhebverfahrens besteht darin, daß nicht nur die Fotoabdeckung 1oa, sondern auch die metallische Schicht 11 über der Fotoabdeckung entfernt wird. Dieser Abhebprozeß läßt die entwickelten Flächen des elementaren Niob und ein Muster aus Chrom und Gold auf der oberen Oberfläche der Zelle zurück. Die maximale Dicke des Chromes' und des Goldes sollte etwa 2oooA betragen, damit die darunterliegende entwickelte Fotoabdeckung leicht abgehoben werden kann. Der sich ergebende Zellenaufbau geht aus Figur 2E hervor.The fourth stage is to remove the developed photo resist 1oa of dee surface of said elemental niobium. 9 Removal of the developed photo cover 10a is performed using the well-known "lift-off" technique in which the developed photo cover to be lifted off is dipped in acetone or some other chemical recommended by the manufacturer for removing the developed AZ-111. The acetone is placed in an ultrasonic bath in order to facilitate the removal of the developed photo-masking 1oa. The result of the lift-off process is that not only the photo cover 1oa, but also the metallic layer 11 over the photo cover is removed. This lifting process leaves the developed areas of elemental niobium and a pattern of chromium and gold on the top surface of the cell. The maximum thickness of the chrome and gold should be around 2oooA so that the developed photo cover underneath can be easily lifted off. The resulting cell structure can be seen from FIG. 2E.

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In der fünften Stufe kann eine übliche Elektroplattierungstechnik verwendet werden5um eine Schicht aus Silber 13 auf die Chrom- und Goldschicht 11 aufzutragen, um die Dicke des metallischen Gitters auf etwa 5 Mikron aufzuhauen. Gleichzeitig wird der rückwärtige Silherkontakt 8 mit einer Dioke · von 5 Mikron auf die rückwärtige Zone 3 plattiert. Es wurde festgestellt, daß das Silber sich nicht auf das elementare Niob während des Verfahrens aufplattieren läßt, wodurch es ein silberbeschichtetes Pingermuster über einer Niobschicht auf einer Seite der Zelle und einen hinteren Silberkontakt auf der anderen Seite zurückläßt.In the fifth stage, a conventional electroplating technique can be used 5 to apply a layer of silver 13 on top of the chrome and gold layer 11 to roughen the thickness of the metallic mesh to about 5 microns. At the same time, the rear silver contact 8 is plated onto the rear zone 3 with a diameter of 5 microns. The silver was found to fail to plate the elemental niobium during the process, leaving a silver coated pinger pattern over a niobium layer on one side of the cell and a rear silver contact on the other side.

In der letzten Stufe wird die Siliciumsonnenzelle mit dem versilberten Metallkontaktmuster und der Oberfläche aus elementarem Niob Sauerstoff entweder in einem thermischen oder anodischen Oxydationsprozeß ausgesetzt. Bei der thermischen Oxydation wird die Siliciumscheibe in Luft mit einer Temperatur von 4oo°C 3 Minuten lang erwärmt. Die Parameter können im Bereich von 35o° bis 45o°'C und 3 -5 Minuten liegen und sollten so ausgewählt werden, daß ein gleichförmiges Oxid ohne Korngrenzen (Nicht-Kristall) erzielt wird. Ferner ist zu beachten, daß höhere Temperaturen eine unerwünschte Legierung des Chromes und des Goldes mit dem Halbleiter wegen der eutektisehen Temperatur dieser Materialien einleiten, während niedrigere Temperaturen eine ausreichende Zeit für die Diffusion des Chromes oder Goldatomes in die Halbleiterübergangsfläche erlaubt. Unter den geeigneten Bedingungen wird Niobpentoxid mit einem sich ergebenden Brechungsindex von 2,4 gebildet. Es sei bemerkt, daß die übrigen Elemente der Zelle nicht beeinflußt werden, da bei dieser Temperatur und diesen Zeiten das Silber nicht oxydiert und dadurch in seinem elementaren Zustand verbleibt. Bei einer anderen Oxydationstechnik, die als anodische Oxydation bekannt ist, wird eine Platinelektrode als Kathode und die Siliciumscheibe als Anode verwendet. Beide Elektroden werden in einen Elektrolyten getaucht xmä ein Strom durch sie hindurch geleitet. Der anodischeIn the last stage, the silicon solar cell with the silver-plated metal contact pattern and the surface made of elemental niobium is exposed to oxygen either in a thermal or anodic oxidation process. In the case of thermal oxidation, the silicon wafer is heated in air at a temperature of 400 ° C. for 3 minutes. The parameters can range from 35o ° to 45o ° C and 3-5 minutes and should be selected so that a uniform oxide without grain boundaries (non-crystal) is achieved. It should also be noted that higher temperatures initiate undesirable alloying of the chromium and gold with the semiconductor because of the eutectic temperature of these materials, while lower temperatures allow sufficient time for the chromium or gold atom to diffuse into the semiconductor interface. Under the appropriate conditions, niobium pentoxide is formed with a resulting index of refraction of 2.4. It should be noted that the other elements of the cell are not affected, since at this temperature and these times the silver does not oxidize and thus remains in its elemental state. Another oxidation technique known as anodic oxidation uses a platinum electrode as the cathode and the silicon wafer as the anode. Both electrodes are immersed in an electrolyte and a current is passed through them. The anodic one

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Oxydationsprozeß kann in einem Beispiel etwa 2o Minuten dauern und mit einem Anfangsstrom von einem mA beginnen. Bevorzugt ist die Verwendung eines organischen nicht wässerigen Elektrolyten, wie etwa Tetrahydrofurfuryl-Alkohol, da hierdurch eine gleichförmige Riobpentoxidbeschichtung erreicht wird, die an die obere Oberfläche der Zone 2 fest anhaftet. Das Ergebnis sowohl der thermischen oder anodischen Oxydation ist eine Schicht 12 aus Niobpentoxid auf der oberen Oberfläche der Zone 2, die in Figur 2G dargestellt ist.In one example, the oxidation process can last about 20 minutes and begin with an initial current of one mA. It is preferred to use an organic non-aqueous electrolyte such as tetrahydrofurfuryl alcohol this achieves a uniform riot pentoxide coating firmly adhering to the upper surface of zone 2. The result of either thermal or anodic oxidation is a layer 12 of niobium pentoxide on the top surface of zone 2 shown in Figure 2G.

Die Schicht aus Niobpentoxid ist etwa 55oA dick um sich einer 1/4 Wellenlänge bei o,5 Mikron anzupassen.The layer of niobium pentoxide is about 55oA thick around it 1/4 wavelength at 0.5 microns.

Die Niobschicht zwischen der Siliciumoberfläche 2 und der metallischen Schicht 11 bewirkt einen ausgezeichneten Kontakt für die Aufnahme der ladungsträger durch das metallische Gitter 5.The niobium layer between the silicon surface 2 and the metallic Layer 11 creates excellent contact for the metal to take up the charge carriers Grid 5.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß an den verschiedenen Stellen des beschriebenen Verfahrens Reinigungsschritte erforderlich sind, um die Reinheit des sich ergebenden Produktes zu verbessern. Da jedoch diese Schritte bekannt sind, und das grundlegende Konzept der vorliegenden Erfindung nicht berühren, wurden diese in die vorliegende Beschreibung nicht aufgenommen.It should also be pointed out that cleaning steps are carried out at the various points in the process described are required to improve the purity of the resulting product. However, as these steps are known and do not affect the basic concept of the present invention, they have been included in the present description not included.

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Claims (3)

PatentansprücheClaims J Sonnenzelle, die auf eine Lichtstrahlung anspricht, welche den kurzen Wellenlängenbereich des Lichtspektrums zwischen o,3 und o,5 Mikron umfasst, und die eine antireflektierende Beschichtung über der primären Oberfläche der Sonnenzelle, durch die das Licht dringt, aufweist, wobei die Beschichtung brauchbares Licht, einschließlich Licht mit kurzer Wellenlänge weder absorbiert noch reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die antireflektierende Schicht aus Niobpentoxid (Nl2Oc) besteht.J Solar cell which is responsive to light radiation which comprises the short wavelength range of the light spectrum between 0.3 and 0.5 microns and which has an anti-reflective coating over the primary surface of the solar cell through which the light penetrates, the coating being useful Light, including light of short wavelength, neither absorbed nor reflected, characterized in that the anti-reflective layer consists of niobium pentoxide (Nl 2 Oc). 2. Sonnenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Niobpentoxid mit einem Brechungsindex von 2,4 verwendet wird.2. Solar cell according to claim 1, characterized in that that niobium pentoxide with a refractive index of 2.4 is used. 3. Sonnenzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Niobpentoxid amorph ist.3. Solar cell according to claim 1 or 2, characterized in that that the niobium pentoxide used is amorphous. 409833/0821409833/0821
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