СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА С N-P-P СТРУКТУРОЙ Российский патент 1999 года по МПК H01L31/18 

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

Известен способ изготовления СЭ (Screen printed bifacial solar cells on CZ substrates, F. Recart, G. Bueno, R. Gutierrez, F. Hernando, J.C. Jimeno. Материалы 2-й всемирной конференции по фотоэлектричеству. Вена, 6-10 июля, 1998), включающий: текстурирование кремниевой подложки; диффузию бора из газовой фазы; окисление обеих поверхностей подложки; нанесение маскирующего слоя на тыльную поверхность; химическое удаление окисла и поверхностного слоя кремния с лицевой стороны; текстурирование лицевой поверхности СЭ; создание n⁺-слоя; формирование контактов.

В результате получают СЭ с параметрами:
V_oc = 592 mV, I_sc = 29,8 мА/см², КПД = 13,2%.

К недостаткам известного способа следует отнести необходимость проведения вспомогательной высокотемпературной операции окисления, которая приводит к ухудшению рекомбинационных параметров подложки и как следствие - к уменьшению эффективности СЭ; а также формирования маскирующего слоя и проведения операции двух раздельных процессов текстурирования.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение количества технологических операций и повышение эффективности СЭ.

В результате использования предлагаемого способа существенно сокращается количество технологических операций и повышается эффективность СЭ.

Вышеуказанный результат достигается тем, что изготовление СЭ с n⁺-p-p⁺ структурой проводят в следующей последовательности:
1) осуществляют одновременную диффузию бора и фосфора из нанесенных на тыльную и лицевую поверхности боросиликатной и фосфоросиликатной пленок соответственно;
2) проводят химическое удаление окисных пленок с обеих сторон подложки;
3) текстурируют лицевую поверхность СЭ;
4) создают n-слой;
5) формируют токосъемные контакты.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежом, на котором схематично изображена последовательность технологических операций.

Предлагаемый способ не только не содержит дополнительной высокотемпературной операции окисления, что в известном способе приводит к уменьшению эффективности, но и сокращает общее число технологических операций, что указывает на его преимущество по отношению к прототипу.

Процесс одновременной диффузии бора и фосфора из легирующих источников широко применяется в производстве n⁺-p-p⁺ и p⁺-n-n⁺ СЭ с полированной химически или механически поверхностью. Этот процесс обеспечивает полное сохранение или увеличение диффузионной длины неосновных носителей заряда в подложке. В предлагаемом способе он используется для формирования только p⁺-слоя при сохранении рекомбинационных параметров подложки. Наименьшее дефектообразование в объеме подложки происходит именно при одновременной диффузии бора (при соотношении содержания окись кремния/окись бора не менее 1) и фосфора. Образующийся же n⁺-слой стравливают в растворе, содержащем щелочь при последующем текстурировании. При этом образуется структура, имеющая одну полированную сторону со сформированным p⁺-слоем и текстурированную поверхность с другой стороны подложки. Далее формируют n⁺-слой при пониженной температуре для обеспечения высокой коротковолновой чувствительности.

Предлагаемый способ не только сокращает количество технологических операций при изготовлении СЭ, но и выявляет совершенно новое качество у изготовленных по этому способу СЭ. Речь идет о появлении нового эффекта - появления повышенной чувствительности СЭ в длиноволновой области спектра. В результате плотность тока короткого замыкания изготовленных по предлагаемому способу СЭ достигает рекордных значений до 40 мА/см² на фотоактивную поверхность, а эффективность СЭ достигает 16,6%.

Следовательно, за счет указанной в предлагаемом способе совокупности и последовательности операций достигается не только упрощение технологического процесса, но и повышение качества СЭ.

Дополнительного преимущества можно достичь тем, что формирование на лицевой стороне СЭ n⁺-слоя производят путем диффузии фосфора из нанесенного источника, содержащего по меньшей мере окись кремния и окись фосфора в соотношении, не меньшем чем 1:3. При этом образуется сложное нестехиометрическое кремнефосфорокислородное соединение, обладающее коэффициентом преломления 1,7-1,8, что дает возможность использовать образующуюся пленку в качестве просветляющего покрытия на текстурированной лицевой поверхности СЭ. Формирование просветляющего покрытия одновременно с диффузией фосфора обеспечивает дополнительное снижение трудоемкости предлагаемого способа.

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.

Получены при этом следующие параметры
V_oc = 628 mV, I_sc = 36,1 мА/см², КПД = 16,6%.

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

Использование: технология изготовления оптоэлектронных приборов, в частности солнечных элементов (СЭ). Сущность изобретения: изготовление СЭ с n⁺-p-p⁺ структурой проводят в следующей последовательности: осуществляют одновременную диффузию бора и фосфора из нанесенных на тыльную и лицевую поверхности боросиликатной и фосфоросиликатной пленок соответственно; производят химическое удаление окисных пленок с обеих сторон подложки; текстурируют лицевую поверхность СЭ; создают n⁺-слой; формируют токосъемные контакты. В результате получают СЭ с эффективностью 16,6%, обладающие двухсторонней чувствительностью. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости изготовления СЭ при одновременном повышении его эффективности. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления солнечного элемента с n⁺-p-p⁺ структурой, включающий операции создания на тыльной поверхности подложки p⁺-слоя, легированного бором, удаления слоя кремния и формирование на лицевой стороне n⁺-слоя, легированного фосфором, текстурирования и формирования контактов, отличающийся тем, что создание на тыльной поверхности p⁺-слоя производят путем термообработки подложки с нанесенными на лицевую и тыльную поверхности фосфоросиликатной и боросиликатной пленками соответственно, а удаление слоя кремния и текстурирование на лицевой поверхности осуществляют в одном технологическом процессе. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование n⁺-слоя, легированного фосфором, на лицевой стороне солнечного элемента осуществляют за счет диффузии фосфора из нанесенного источника, содержащего по меньшей мере окись кремния и окись фосфора в соотношении не меньшем чем 1 : 3.