DE3122771A1

DE3122771A1 - "verfahren zur herstellung von sonnenzellen"

Info

Publication number: DE3122771A1
Application number: DE19813122771
Authority: DE
Inventors: Gerard-Robert 14870 Cambes-en-Plaine David; Daniel Maurice 14000 Caen Pincon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-06-16
Filing date: 1981-06-09
Publication date: 1982-05-06
Also published as: CA1176739A; JPS5727076A; FR2484709A1; FR2484709B1; GB2077996A; US4377901A; GB2077996B

Description

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N.V.Philips'6!o8i!ampeniabriek8ii,-WhQV9fi.-_.. ... _>:

PHF 80546 >" 29.3.1981

Verfahren zur Herstellung von Sonnenzellen.

Die Erfindung bezieht sich, auf ein Verfahren zur Herstellung einer Sonnenzelle mit einer Halbleiterscheibe, die ein Gebiet von einem ersten Leitungstyp enthält, und die auf der für Strahlungseinfall bestimmten Vorderseite eine erste Hauptoberfläche md auf der Hinterseite eine zweite Hauptoberfläche mit einer an die erste Hauptoberfläche grenzenden ersten Oberflächenschicht vom zweiten' Leitungstyp, die mit dem genannten Gebiet den wirksamen pn-Ubergang der Sonnenzelle bildet, und einer an die zweite

^ Hauptoberfläche grenzenden zweiten Oberflächenschicht vom ersten Leitungstyp mit einer die des genannten Gebietes überschreitenden Dotierungskonzentration aufweist, wobei zur Bildung der zweiten Oberflächenschicht auf der zweiten Haup1>oberfläche nacheinander eine erste einen den ersten Leitungstyp bestimmenden Dotierungsstoff enthaltende Glasschicht und darauf eine zweite undotierte Glasschicht angebracht werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus der französischen

Patentanmeldung Nr. 2424635 bekannt.

Es ist bekannt, dass durch das Vorhandensein einer

hochdotierten Schicht auf der Hinterfläche einer Scheibe einer Sonnenzelle, wobei diese Schicht den fj1.oich.en Leitunfjs— typ wie das Ausgangsmaterial dor genannten Scheibe aufweist, eine erhebliche Verbesserung der Wirkung dieser Zelle

erhalten werden kann.

Die Bildung der genannten hochdotierten Schicht ergibt jedoch dagegen die Nachteile, dass der Vorgang zur Herstellung der Zelle verwickelt wird, einerseits durch die Bearbeitung selber der genannten Schicht und andererseits dadurch, dass es erforderlich ist, die Scheibe über ihre Dicke, mit anderen Wo rl-on, auf dor Sr« i fcenfl ä<*1io, χ\ι reinigen, um jede Gefahr eines elektrischen Leckstrorns zwischen den beiden auf der Vorder- sowie auf der Hinterfläche der genannten Scheibe erzeugten Schichten entgegen-

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PHF. 805^6 Z n . 28.3.1981.

gesetzter Leitungstypen zu beseitigen.

Ein bekanntes Verfahren zur Reinigung der Seitenfläche einer Halbleiterscheibe besteht darin, dass eine Plasmaätzung durchgeführt wird. Ein Anwendungsbeispiel dieser Technik bei einer Scheibe einer Sonnenzelle ist in der genannten französischen Patentanmeldung Nr. 2424635 beschrieben. Nach diesem Beispiel werden die Scheiben oder "Platten", die einen parasitären pn-Ubergang auf ihrer Seitenfläche aufweisen, aufeinander gestapelt und in den Behandlungsraum eines Kohlenstofffluoridplasmareaktors eingeführt, in dem sie während einiger Minuten verweilen.

Eine derartige Behandlung macht, obwohl sie verhältnismässig kurz dauert, eine genaue Ausführung notwendig und ist eine aufwendige Bearbeitung, die das Verfahren zur Herstellung der Zelle erschwert und den Selbstkostenpreis dieser Zelle erhöht. Es könnten andere ebenfalls bekannte mechanische oder mechanochemische Verfahren angewandt werden, um dieselbe Bearbeitung durchzuführen. Ungeachtet des angewandten Verfahrens wäre bei diesem Verfahren immer ein besonderer Bearbeitungszyklus erforderlich.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Verbesserung in der Herstellung einer Sonnenzelle anzugeben, durch die vermieden werden kann, dass eine besondere Bearbeitung der Ränder der Scheibe durchgeführt werden muss.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die sonst erforderliche Atzung der Seitenfläche der Zelle am besten dadurch vermieden werden kann, dass dafür gesorgt wird, dass diese Fläche nicht durch parasitäre Übergänge "verunreinigt" ist.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sonnenzelle der in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass die erste Glasschicht auf Abstand von dem Rand der Halbleiterscheibe angebracht wird, und dass die zweite Glasschicht den nicht von der ersten Glasschicht bedeckten Rand der zweiten Hauptoberfläche und die Randfläche der Halbleiterscheibe bedeckt.

PHF. 805^6 # O 28.3.1981.

Durch die Positionierung der ersten Glasschicht kann erreicht werden, dass der genannte Dotierungsstoff vom ersten Leitungstyp die Seitenfläche.während der folgenden Diffusionsbehandlung(en) nicht erreichen kann.

Andererseits bildet die aus der zweiten Schicht bestehende Maske aus nicht—dotiertem Glas eine Sperre für die Diffusion über die Seitenfläche des für die Erzeugung der Oberflächenschicht vom zweiten Leitungstyp verwendeten Dotierungsstoffes; dieser Dotierungsstoff kann die Seiten— fläche nur durch innere Wanderung von der Vorderflache her und nur über einen kleinen Teil der Dicke der Scheibe erreichen. Durch die beiden kombinierten Massnahmen nach der Erfindung wird jede Wechselwirkung zwischen den diffun— " dierten p- und n—leitenden Schichten an den Rändern der Scheibe vermieden. Eine folgende Ätzbehandlung der Seitenfläche dieser Scheibe ist denn auch nicht notwendig und dadurch wird der Vorteil der Erfindung erhalten, dass eine überdotierte Schicht auf der Seite der Hinterfläche der Zelle erzeugt werden kann, ohne dass dabei eine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.

Es ist günstig, wenn sich die erste Schicht nur bis zu einem Abstand zwischen 1 und 2 mm von dem Rande¹ der Scheibe erstreckt.

Nach einer ersten Ausführungsform einer Soiinenzelle, bei der das Verfahren nach der Erfindung angewandt wird, wird die Oberflächenschicht vom zweiten Leitungstyp, an deren Unterseite sich der Übergang befindet, auf übliche Weise durch Diffusion aus der Gasphase erhalten. In diesem Falle werden also auf der Hinterfläche der Scheibe die genannte erste und die genannte zweite Schicht erzeugt; dann wird diese Scheibe in einem Ofen angebracht, in dem gleichzeitig die Oberfläclicmschicht vom ersten Leitutigs — typ durch Diffusion des in der ersten Schicht vorhandenen Dotierungsstoffes und die Oberflächenschicht vom zweiten Leitungstyp durch Diffusion eines geeigneten in der Atmosphäre des Ofens vorhandenen Do tierungss fco ITe.s fsrzeufjt werden.

Nach einer anderen Ausführungsform, .bei der

PHP. 8O¹JZK) X fe 28.3.1981.

ebenfalls das Verfahren nach der Erfindung angewandt wird, werden die beiden Oberflächenschichten durch Diffusion von Dotierungsstoffen, die in Schichten aus einem glasartigen Werkstoff vorhanden sind, erzeugt. Der Herstellungsvorgang umfasst dann insbesondere die folgenden Schritte: Die Bildung der genannten ersten und der genannten zweiten Schicht, dann die Bildung einer dritten Schicht auf der Vorderfläche der Scheibe aus einem mindestens einen Do — tierungsstoff vom zweiten Leitungstyp enthaltenden glas — artigen Werkstoff und anschliessend die Bildung einer vierten Schicht auf der genannten dritten Schicht aus einem keinen DotierungHStoff enthaltenden glasartigen Werkstoff. Danacli wird die Scheibe, die nacheinander die vier Schichten aufgenommen hat, einer einzigen Wärmediffusionsbehandlung unterworfen, während deren gleichzeitig die η - und ρ -Oberflächenschichten erzeugt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der

Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 bis 5 schematisch im Schnitt fünf Stufen der Herstellung einer Sonnenzelle unter Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung.

Die Zelle wird auf einer Scheibe 10 aus einem Halbleitermaterial von einem ersten Leitungstyp aufgebaut.

Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Scheibe 10 aus Silicium besteht und anfänglich über ihre ganze Dicke p-dotiert ist.

In einer ersten Stufe des Bearbeitungsvorgangs, die der Herstellungsstufe nach der Erfindung entspricht, wird die auf geeignete Weise in bezug auf die üblichen Oberflächenbehandlungen vorbereitete und auf einer Plattform 11 angebrachte Scheibe 10 mit einer Deckschicht 12 versehen, die von Hand oder auf mechanischem Wege angebracht wird. Diese Deckschicht 12, die ebenfalls auf der Plattform 11 ruht, bedeckt genau entlang des Randes der Scheibe 10 einen Randteil 100 der Fläche 101 (Hinterfläche) der genannten Scheibe; sie bedeckt ausserdem die Seiten-I'litclie 10.2 clLu.ser Sehe ihn.

PHF. 805^6 Sr ~\ 28.3-1981.

Auf dem unbedeckten Teil der Fläche 101 wird

eine pyrolytische Siliciumoxidschicht bei niedriger Temperatur erzeugt. Diese Schicht (die erste Schicht 1) wird durch eine dem Fachmann bekannte Technik erhalten, wobei die Scheibe 10 zwischen 420 und h^Q C erhitzt wird in einem Gasstrom aus Silan (SiH.) und Sauerstoff, mit erforderlichenfalls als Zusatz einem Dotierungsstoff (oder einer einen derartigen Dotierungsstoff enthaltenden gasförmigen Zusammensetzung). Im Falle der Schicht 1 wird

-[Q zweckmässigerweise ein Dotierungsstoff vom ersten Leitungstyp, z.B. Borhydrid (B_H^), verwendet. Die Dicke der Schicht 1 liegt zwischen 0,2 und 0,5 /um. Die Scheibe 10, deren Fläche 101 mit der Schicht 1 versehen ist, ist in Fig. 1 dargestellt.

Der zweite Verfahrensschritt besteht darin, dass nach Entfernung der Deckschicht 12 eine zweite pyrolytische Schicht 2 aus Siliciumoxid ohne Dotierungsstoff unter Verwendung der obenbeschriebenen Technik erzeugt wird. Diese Schicht 2 bedeckt nach der Erfindung ausser der Schicht die Randfläche 100, die nicht von der ersten Schicht 1 bedeckt ist, sowie die Seitenfläche 102 der Scheibe 10; ihre Dicke liegt zwischen 0,3 und 1 mm. Die Scheibe in dieser Stufe der Herstellung der Zelle ist in Fig. 2 dargestellt.

Der folgende VerJ'ahrensschritt besteht, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, darin, dass die Scheibe 10 wieder auf der Plattform 11 angebracht wird, damit die Vorderfläche 103 sichtbar wird, auf der eine Schicht 3» und zwar die dritte pyrolytische Siliciumoxidschicht, erzeugt wird, die nun mit Phosphorhydrid (PH ) dotiert wird. Diese Schicht erstreckt sich über die ganze Fläche 103 und reicht bis- an die zweite Schicht 2, was nicht wesentlich ist. Ihre Dicke ließt zwischen 0, 2 und 0, ^r> ,um.

Die Schicht 3 wird da.1111 mit einer Schicht; Ί, und zwar der vierten pyrolytischen Siliciumoxidschicht, überzogen, die sich bis an den Rand der Schicht 2 erstreckt und gar keinen Dotierungsstoff enthält, wobei die Dicke dieser Schicht k zwischen 0,3 und 1 /um eingestellt ist.

3/Ϊ *~\ -*"*. Γ" f7 i J-L ι I

PHF. 805^6 > g 28.3.1981.

Die mit den vier Glasschichten versehene Scheibe nach einer der zwei Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung ist in Fig* k dargestellt.

Die so vorbereitete Scheibe wird einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 85Ο und 950 C während 30 bis 90 Minuten unterworfen, während deren das Bor der ersten Schicht und der Phosphor der dritten Schicht zugleich in das Silicium eindiffundieren. Auf diese Weise wird einerseits die Oberflächenschicht I3 vom η -Leitungstyp auf der Seite der Vorderfläche I03 erzeugt, wobei an der Unterseite■dieser Schicht 13 sich der pn-übergang 14 befindet, während andererseits die Oberflächenschicht I5 auf der Seite der Hinterfläche 101 erzeugt wird, wobei diese Schicht den ρ —Leitungstyp aufweist und sich auf Abstand von dem Rand der Scheibe befindet.

Nach Beendigung der Diffusionsbehandlung werden die Schichten 1,2,3 und h durch Eintauchen in eine Flusssäurelösung (FE) gelöst.

Nun ist die Scheibe erhalten, wie sie in Fig.

dargestellt ist, aus der ersichtlich ist, dass, weil die Seitenfläche 102 durch die aus reinem pyrolytischen Siliciumoxid bestehende Schicht 2 geschützt ist, von ihrer Oberfläche her gar keine parasitäre Diffusion auftreten konnte, übrigens wird, um jede Gefahr einer Wechselwirkung zwischen den Schichten I3 und 15 in der Nähe der Fläche 102 zu verhindern und so zu vermeiden, dass die genannte Fläche einer Atzbehandlung unterworfen werden muss, vor— teilhafterwei.se sichergestellt, dass die Breite der Randfläche 100 (siehe Fig. i) zwischen 1 und 2 mm liegt; bei dieser Breite wird die Tiefe der seitlichen Diffusion des p-Dotierungsstoffes berücksichtigt.

Ausgehend von einer Scheibe nach Fig. 5> kann die Herstellung der Zelle bekanntlich insbesondere durch die Anbringung der Kontaktflächen und einer Antireflexschicht fortgesetzt werden.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird, nachdem die Struktur nach Fig. 2 erhalten ist, die Halbleiterscheibe

PHF. 805^6 J? 9 28.3.1981.

mit den Glasschichten 1 und 2 und der freiliegenden ersten Hauptoberfläche 103 in einem Gas erhitzt, das einen Dotierungsstoff vom zweiten Leitungstyp, in dieser Ausführungsform, z.B. eine Bariumverbindung, enthält. Dabei werden auch durch Diffusion gleichzeitig die erste Oberflächenschicht 13 und die zweite Oberflächenschicht I5 erzeugt.

Es dürfte einleuchten, dass das Verfahren nach der Erfindung, das in der obenbeschriebenen Ausführungsform bei einer anfänglich den p-Leitungstyp aufweisenden Scheibe verwendet wird, ohne Abänderung, ausgenommen der Reihenfolge der dotierten Schichten, auch bei der Behandlung einer anfänglich den n-Leitungstyp aufweisenden Scheibe angewandt werden kann.

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Claims

PHF 80546 *" ~φ ' "' 29-3.1981

PATENTANSPRÜCHE:

Verfahren zur Herstellung einer Sonnenzelle mit ^einer Halbleiterscheibe, die ein Gebiet vom ersten Leitungstyp enthält und die auf der für Strahlungseinfall bestimmten Vorderseite eine erste Hauptoberfläche und auf der Hinterseite eine zweite Hauptoberfläche mit einer an die erste Hauptoberfläche grenzenden ersten Oberflächenschicht vom zweiten Leitungstyp, die mit dem genannten Gebiet den wirksamen pn-übergang der Sonnenzelle bildet, und einer an die zweite Hauptoberflache grenzenden zweiten Oberflächenschicht vom ersten Leitungstyp mit einer die des genannten Gebietes überschreitenden Dotierungskonzentration aufweist, wobei zur Bildung der zweiten Oberflächenschicht auf der zweiten Hauptoberfläche nacheinander eine erste einen den ersten Leitungstyp bestimmenden Dotierungsstoff enthaltende Glasschicht und darauf eine zweite undotierte Glasschicht angebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Glasschichfcauf Abstand von dem Rand der Halbleiterscheibe angebracht wird, und dass die zweite Glasschicht den nicht von der ersten Glasschicht bedeckten Rand der zweiten Hauptoberfläche und die Randfläche der Halbleiterscheibe bedeckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannten Oberflächenschichten durch Diffusion erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anbringen der ersten und der zweiten Glasschicht die Halbleiterscheibe erhitzt wird, wobei gleichzeitig durch Diffusion aus der Gasphase in der ersten Hauptoberfläche die erste Oberflächenschicht und durch Diffusion von der ersten Glasschicht her die zweite Oberflächenschicht erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

net, dass nach dem Anbringen der ersten und der zweiten Glasschicht nacheinander auf wenigstens der ganzen ersten Hauptoberfläche eine dritte einen den zweiten Leitungstyp bestimmenden Dotierungsstoff enthaltende Glasschicht und

PHF. 80546 X «) 28.3. 1981.

auf wenigstens der dritten Glasschicht eine vierte undo-I-ie rl. ο O La.sscli i.cht orzotifft worden, wonach gleichzeitig (JIu Uo L i .or u η/.? a .s Lol'l'e eindiiTundiei't werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Giasschicht bis zu einem Abstand von mindestens 1 mm und höchstens 2 mm von dem Rande der Halbleiterscheibe erstreckt.