СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНОГО КОНТАКТА С ПОНИЖЕННЫМ ПЕРЕХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ К КРЕМНИЕВЫМ СОЛНЕЧНЫМ ЭЛЕМЕНТАМ Российский патент 1999 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, в частности фотоэлектрических солнечных элементов (СЭ).

Толстопленочные контакты на основе серебро- и алюминийсодержащих пленок широко применяются в изготовлении СЭ. Задача снижения переходного сопротивления таких контактов является актуальной с момента их возникновения по настоящее время.

Для снижения переходного сопротивления толстопленочных контактов используют различные способы. Наиболее известным является способ обработки уже сформированного контакта в растворе плавиковой кислоты, позволяющий осуществить снижение переходного сопротивления за счет разрушения связующего контакт стекла, что вызывает изменение адгезии и ухудшение стабильности контакта.

С другой стороны, предпринимались попытки ограничения переходного сопротивления тыльного контакта за счет введения дополнительных слоев, содержащих нетрадиционные для толстопленочных покрытий металлы (пат. США N 5118362 от 06.02.1992).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по основным признакам является способ изготовления толстопленочного контакта (пат. США N 4475682 от 9.10.1984), включающий формирование контакта, нанесение флюса, содержащего химически активные компоненты, и нагрев контакта до температуры, достаточной для травления окислов металлов на поверхности полупроводниковой подложки, препятствующих образованию хорошего омического контакта.

К недостаткам данного способа можно отнести следующие. Снижение переходного сопротивления достигается за счет травления окисных слоев, находящихся как на границе раздела контакт-подложка, так и в объеме контакта. При этом неизбежно нарушаются как структура самого контакта, так и его адгезия, поскольку травящиеся слои являются частью самого контакта.

Удаление окисных слоев нарушает сформировавшуюся монолитную структуру контакта. При этом при определенных условиях эксплуатации не исключена возможность повторного окисления обнажившихся слоев металла и ухудшение электрических свойств контакта.

Разрушение контакта при травлении вызывает необходимость ограничения по времени и температуре процесса обработки, что приводит к неоптимальности электрических свойств контакта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности контакта и снижение его переходного сопротивления.

Выполнение поставленной задачи достигается тем, что на сформированный контакт осаждают слой металла, например, способом электролитического или химического осаждения. Осаждающаяся пленка, покрывая контакт, достигает на его периферии поверхности подложки, образуя с ней надежное электрическое соединение. При этом структура и свойства самого толстопленочного контакта остаются неизменными, а снижение переходного сопротивления происходит за счет осажденной пленки.

Дополнительный положительный эффект можно получить, если использовать для осаждения металл, образующий химическое соединение с материалом подложки, например никель. При последующей термообработке на участках, где осажденный слой достигает поверхности подложки, образуется силицид, обладающий повышенными электрическими характеристиками.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где поверхность подложки 1, толстопленочный контакт 2, осажденная пленка 3, место электрического соединения 4.

Снижение переходного сопротивления осуществляется путем осаждения на сформированный контакт слоя металла, при этом структура и механические свойства контакта не меняются.

Для осаждения используются металлы, образующие химическое соединение с поверхностью подложки, причем это соединение образуется при последующей термообработке.

Осаждение тонких пленок на уже сформированный толстопленочный контакт ранее не применялось.

Пример конкретного выполнения
Использовались подложки монокристаллического кремния p-типа проводимости ЭКДБ-15 с ориентацией (100). После удаления нарушенного после резки слоя путем травления в растворе гидроокиси натрия с концентрацией 25% подложки отмывались в перекисно-аммиачном растворе. На лицевую сторону подложки наносилась пленка двуокиси кремния, содержащая 15% (весовых) пятиокиси фосфора, на тыльную - 50% (весовых) окиси бора. Диффузия проводилась в атмосфере азота при температуре 1000^oC в течение 20 минут. Образовавшийся p⁺ -слой имел слоевое сопротивление 35 Ом и глубину около 1 мкм. После диффузии в 10% растворе плавиковой кислоты удалялись образовавшиеся окисные слои. Затем в растворе, содержащем 2% гидроокиси натрия и 4% изопропилового спирта при температуре 80^oC в течение 12 минут осуществлялось удаление n⁺-слоя и текстурирование лицевой поверхности СЭ. Вторая диффузия фосфора проводилась из нанесенной пленки фосфоросиликатного стекла, содержащего 75% P₂O₅ при температуре 830^oC в течение 40 минут. Слоевое сопротивление было 70 Ом, глубина около 0,3 мкм. После обтравливания торцов, на обе стороны подложки методом трафаретной печати серебряной пастой ППС-7 был нанесен контактный рисунок. Вжигание пасты проводилось в конвейерной печи ПЭК-8 при температуре 700^oC. В дальнейшем на контакт в растворе, содержащем NiSO₄ - 220 г/л, Na₂SO₄ - 200 г/л, H₃BO₃ - 5 г/л в течение 3 минут при плотности тока 200 мА на СЭ (100х100) производилось осаждение никеля.

Получены при этом следующие параметры V_oc = 628 mV, I_sc = 36,1 мА/см², КПД = 16,6%, значение коэффициента заполнения 0,76, что свидетельствует о низком значении последовательного сопротивления ~ 0,015 Ом (1,5 Ом•см²). Максимальное значение коэффициента заполнения в прототипе составляет 0,71.

Приведенные результаты, по мнению авторов, демонстрируют несомненные преимущества предлагаемого способа.

Изобретение относится к технологии изготовления оптоэлектронных приборов, в частности солнечных элементов (СЭ). Сущность: на сформированный толстопленочный контакт осаждают слой металла, например, способом электролитического или химического осаждения. Осаждающаяся пленка, покрывая контакт, достигает на его периферии поверхности подложки, образуя с ней надежное электрическое соединение. При этом структура и свойства самого толстопленочного контакта остаются неизменными, а снижение переходного сопротивления происходит за счет осажденной пленки. Техническим результатом изобретения является повышение надежности контакта и снижение его переходного сопротивления. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления толстопленочного контакта с пониженным переходным сопротивлением к кремниевым солнечным элементам, включающий формирование толстопленочного контакта и его обработку, отличающийся тем, что на сформированный толстопленочный контакт осаждают слой металла таким образом, что осаждающаяся пленка, покрывая контакт, достигает на его периферии поверхности подложки, образуя с ней надежное электрическое соединение. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для осаждения используют металлы, образующие химическое соединение с поверхностью подложки при последующей термообработке.