СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1998 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности к способам изготовления солнечных элементов (СЭ).

Известен способ изготовления СЭ [1], включающий резку кремниевых слитков на диски, механическую полировку и преддиффузионную химическую обработку дисков, формирование приповерхностного диффузионного слоя, выращивание на нем пассивирующего окисла толщиной 10 нм, вскрытие в окисле окон под контактную гребенку, формирование контактов и напыление противоотражающего покрытия.

Недостатком этого способа является его относительная сложность и низкая производительность, обусловленная необходимостью выполнения операций выращивания пассивирующего окисла, вскрытия окон для контактов и нанесения дополнительных к пассивирующему окислу слоев для получения противоотражающего эффекта.

Известен также выбранный в качестве прототипа способ [2], отличающийся от 1-го тем, что пассивирующий окисный слой выращивают туннельно-тонким (толщиной около 2 нм), что исключает необходимость вскрытия в нем окон под контактную гребенку, но не исключает, как и в 1-м способе, необходимость раздельного формирования пассивирующего и противоотражающего слоев.

Технический результат изобретения заключается в упрощении и повышении производительности технологического процесса изготовления СЭ с пассивированной и просветленной лицевой поверхностью путем совмещения пассивации поверхности и формирования противоотражающего покрытия в одной стадии технологического процесса.

Технический результат достигается тем, что в качестве материала дисков используют кремний р-типа в виде слитков, режут слитки на диски, диски травят в растворе гидроксида калия: для получения чешуйчатого рельефа их поверхности. После формирования переднего диффузионного слоя на лицевую поверхность структур центрифугированием наносят просветляющую пленку на основе тетраэтоксититана с добавкой фосфорного ангидрида, производят термообработку структур при 850 - 900^oC в сухом азоте, затем структуры обрабатывают во фтористо-водородной кислоте и наносят контактную гребенку поверх полученного покрытия.

Термообработка структур в указанном режиме обуславливает формирование пленок противоотражающего покрытия с одновременной пассивацией поверхности структур.

Чешуйчатый рельеф поверхности дисков, условиями формирования которого являются режимы щелочного травления, при нанесении на него просветляющей пленки модулирует толщину этой пленки таким образом, что на плоскости чешуй ее толщина однородна и равна заданной условиями оптимального просветления, а на ребрах уменьшена за счет влияния сил поверхностного натяжения. После нанесения просветляющей пленки, термообработки и обработки структур во фтористо-водородной кислоте покрытие на ребрах чешуй отсутствует или оказывается достаточно тонким для того, чтобы осажденные непосредственно на противоотражающее покрытие слои металла имели омический контакт с малым переходным сопротивлением.

Необходимо отметить, что традиционный порядок проведения технологических операций (формирование противоотражающего покрытия после нанесения контакта) исключает возможность пассивации поверхности СЭ легирующей примесью, содержащейся в просветляющей композиции, поскольку для получения эффекта такой пассивации термообработка должна проводиться при достаточно высокой температуре, создающей опасность диффузии материала контакта в передний слой СЭ.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что первый способ отличается от второго тем, что выполняется специальный вид химической обработки поверхности полученных дисков, а пассивация поверхности и формирование противоотражающего покрытия совмещены в одной технологической операции. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критерию изобретений "новизна". Любое из отмеченных отличий, взятое само по себе, а также любая неполная их комбинация не приводят к положительному эффекту; в изученной литературе не выявлены технические решения, имеющие аналогичную описанной полную совокупность признаков. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое решение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ может быть реализован выполнением описанной последовательности действий при соблюдении, например, следующих конкретных параметров и режимов технологических операций.

В качестве материала используют кремний марки КСД-3 в виде слитков, выращенных в направлении [111]. Слитки режут на диски толщиной 300 - 350 мкм, затем диски травят 15 мин в кипящем 30% растворе гидроксида калия.

После проведения диффузии фосфора и удаления фосфоросиликатного стекла на лицевую поверхность структур методом центрифугирования наносят пленку просветляющей композиции, представляющую собой 10% раствор тетраэтоксититана в изопропиловом спирте с добавкой фосфорного ангидрида (60 мл 10% раствора фосфорного ангидрида в изопропиловом спирте на 1 л композиции). Указанный состав композиции при ее нанесении на диск, вращающийся со скоростью 2000 об/мин, обеспечивает получение противоотражающего покрытия толщиной 750 - 760 .

Структуры подвергают термообработке в течение 30 мин при 850 - 900^oC в сухом азоте, затем обрабатывают 30 с в 15% растворе фтористо-водородной кислоты, после чего производят напыление контактов. В качестве металла первого слоя контактов используют титан.

При соблюдении указанных режимов имеет место пассивация поверхности СЭ легирующей примесью, на что указывает прирост напряжения холостого хода на 10 - 15 мВ по сравнению с СЭ, не содержащим примеси фосфорного ангидрида в противоотражающем покрытии, а переходное сопротивление контактов оказывается достаточно малым (коэффициент заполнения световой вольт-амперной характеристики полученных таким способом СЭ составляет 0,75 - 0,78).

Использование предлагаемого способа вместо способа прототипа позволяет упростить процесс производства СЭ с пассивированной и просветленной поверхностью за счет исключения из технологического процесса ряда трудоемких операций без ухудшения параметров производимой продукции. Сокращение числа операций приводит к уменьшению суммарного количества брака, возникающего на каждой из них, и к повышению общей производительности процесса. Все эти преимущества, взятые в совокупности, обусловливают существенное снижение себестоимости производства СЭ.

Использование: в технологии изготовления солнечных элементов (СЭ). Сущность: для уменьшения переходного сопротивления контакта поверхности дисков придают чешуйчатый рельеф, условиями формирования которого являются режимы щелочного травления. Такой рельеф обусловливает образование в наносимой пленке по ребрам чешуй участков с малой толщиной, которые затем вскрываются обработкой во фтористо-водородной кислоте, и в то же время обеспечивает возможность создания оптимальных условий просветления на основной части поверхности. Для повышения пассивирующего эффекта покрытия в просветляющую композицию на основе тетраэтоксититана добавляют легирующую примесь того же типа, что и при формировании переднего диффузионного слоя (например, фосфорный ангидрид), и после нанесения композиции методом центрифугирования структуры подвергают термообработке при 850 - 900^oС в сухом азоте. Контактную систему на лицевой стороне СЭ напыляют поверх противоотражающего покрытия.

Способ изготовления кремниевых солнечных элементов, включающий резку слитков на диски, химическую обработку дисков, формирование планарного p-n-перехода, пассивацию лицевой поверхности структур, формирование противоотражающего покрытия и контактной системы, отличающийся тем, что используют кремний p-типа, химическую обработку дисков выполняют в растворе гидроксида калия до образования чешуйчатого рельефа их поверхности, формирование противоотражающего покрытия и пассивацию поверхности совмещают в одном процессе путем добавления в пленкообразующую просветляющую композицию на основе тетраэтоксититана примеси фосфорного ангидрида и последующей термообработки структур при 850 - 900^oC в сухом азоте, а контактную систему наносят поверх пассивирующего противоотражающего покрытия после обработки структур во фтористоводородной кислоте.