ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H01L31/352 

Изобретение относится к области разработки и производства фотопреобразователей света и может быть использовано для преобразования мощности света в электрическую мощность.

Известны конструкции фотопреобразователей на основе использования пластин монокристаллического кремния, содержащих разделенные сплошным p-n-переходом области p- и n-типа проводимости и полосковый омический контакт на лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения (см., например, С. Зи, Физика полупроводниковых приборов, Москва, МИР, 1984, том 2, глава 14). Недостатком таких фотопреобразователей является невысокая эффективность преобразования из-за относительно малых значений напряжения холостого хода (порядка 0,6 В).

В качестве прототипа предлагаемой конструкции выбран кремниевый фотопреобразователь с изотипным р⁺-р - переходом на тыльной поверхности фотопреобразователя (Mandelkorn J., Lamneck J.H., Conf. Rec. 9^th JEEE Photovoltaic Spec. Conf., JEEE N.Y. 1972, p.66). Наличие изотипного перехода на тыльной стороне фотопреобразователя приводит к повышению напряжения холостого хода благодаря возрастанию тока короткого замыкания, уменьшению рекомбинационного тока тылового контакта и появлению дополнительного потенциального барьера между p- и p⁺-областями. Использование этого технического решения позволило повысить напряжение холостого хода кремниевых фотопреобразователей до 0,65 В, что однако все же меньше теоретического предела в 1,2-1,3 раза.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение напряжения холостого хода фотопреобразователя.

Поставленный технический результат реализуется таким образом, что в известной конструкции, содержащей подложку с областями p- и n-типа проводимости, образующими p-n-переход со стороны лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения, и соединенные с p-n-переходом полосковые омические контакты на лицевой поверхности, фотопреобразователь содержит со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных p-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними p-n-переходами меньше толщины подложки.

На фиг.1 и фиг.2 представлена схематическая конструкция фотопреобразователя.

На фиг.1 показан вид сверху, со стороны лицевой поверхности, а на фиг.2 показано поперечное сечение фотопреобразователя по линии А-А в соответствии с данным изобретением. Здесь 1 - подложка фотопреобразователя (как правило, дырочной проводимости), 2 - совокупность областей противоположного по сравнению с подложкой типа проводимости (как правило электронной проводимости), 3 - полоски омического контакта, 4 - лицевая поверхность для приема падающего излучения, 5 - просветляющий слой, 6 - сильнолегированный слой того же типа проводимости, что и подложка, 7 - тыльный омический контакт.

Расстояние между p-n-переходами, связанными с полосками лицевого омического контакта, L.

Фотопреобразователь работает следующим образом. Известно, что напряжение холостого хода U_xx фотопреобразователя, у которого площадь p-n-перехода и площадь приемной лицевой поверхности практически совпадают, определяется формулой

где I_кз - ток короткого замыкания, возникающий при освещении фотопреобразователя;

I₀ - обратный ток p-n-перехода.

В предложенной конструкции обратный ток перехода уменьшается, по крайней мере, в n-раз,

где

Здесь S_{p-n-переходов} - суммарная площадь совокупности p-n-переходов

S_{лиц. поверхности} - площадь лицевой поверхности.

В этом случае напряжение холостого хода для предлагаемой конструкции будет равно

где I₀ - обратный ток фотопреобразователя, у которого площадь p-n-перехода практически совпадает с площадью лицевой поверхности.

Увеличение напряжения холостого хода в предложенной конструкции по сравнению с известной равно

Приведем количественную оценку. Например, даже при n=10 ΔU_xx=0,06 B, т.е. напряжение холостого хода увеличится на 10%. Кроме того возрастание напряжения холостого хода в предложенной конструкции связано с тем, что поскольку все области переходов закрыты контактными полосками и светом не облучаются, в предложенной конструкции используется изотипный сильнолегированный (поверхностная концентрация 10²⁰-10²¹ см^-3) переход, что, как известно, также увеличивает напряжение холостого хода за счет дополнительного потенциального барьера. В обычных конструкциях фотопреобразователей такая высокая концентрация недопустима из-за Оже-рекомбинации в n⁺-области для фотопреобразователей, в которых используется базовая область р-типа или в р⁺-области для фотопреобразователей, в которых используется базовая область n-типа.

Для того чтобы в предложенной конструкции не уменьшился ток короткого замыкания, необходимо, чтобы расстояние L между p-n-переходами, связанными с контактными полосками, было, по крайней мере, меньше двух диффузионных длин неравновесных носителей заряда для обеспечения их эффективного сбора. В действительности в разработанной конструкции расстояние L выбирается меньше толщины подложки.

Были созданы макеты фотопреобразователей согласно описанию данной заявки. Макеты изготавливались на кремнии с проводимостью p-типа, с удельным сопротивлением 10 Ом, с диффузионной длиной 400 мкм. Толщина пластин составляла 300 мкм. Ширина n⁺-областей была равна 7 мкм, расстояние L между p-n-переходами, связанными с контактными полосками, составляло 150 мкм. Рассчитанная величина фактора n при этом равна 22,4. Напряжение холостого хода по сравнению с контрольными образцами со сплошным p-n-переходом увеличилось на 13,5%.

Новизна предложенной конструкции и изобретательский уровень заключаются в том, что вместо сплошного p-n-перехода, сформированного на подложке со стороны лицевой поверхности в известной конструкции, используется совокупность параллельно соединенных p-n-переходов, суммарная площадь которых существенно меньше площади лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения, а расстояние между соседними p-n-переходами меньше толщины подложки.

Изобретение относится к области производства твердотельных фоточувствительных полупроводниковых приборов, а именно к области производства преобразователей мощности света в электрический ток, и может быть использовано при изготовлении указанных приборов. Фотопреобразователь содержит подложку с областями р- и n-типа проводимости, образующими р-n-переход, и соединенные с р-n-переходом полосковые омические контакты на лицевой поверхности. При этом фотопреобразователь содержит в приповерхностном слое со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных р-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними р-n-переходами меньше толщины подложки. Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение напряжения холостого хода фотопреобразователя. 2 ил.

Фотопреобразователь, содержащий подложку с областями р- и n-типа проводимости, образующими р-n-переход, и соединенные с р-n-переходом полосковые омические контакты на лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения, отличающийся тем, что фотопреобразователь содержит в приповерхностном слое со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных р-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними р-n-переходами меньше толщины подложки.