Полупроводниковое устройство Советский патент 1988 года по МПК H01L31/04 

(21)2385707/24-25

(22)27.07.76

(31)599588

(32)28.07.75

(33)US

(46) 23.06.88. Бюл. № 23

(71)Ркакорпорейшн (US)

(72)Дэвид Эмиль Карлсон (US)

(53)621.382(088.8)

(56)Chu F.I. IEEE Photovolt.- Specialists Couf Scott, 1975, № 4, 1975, p. 303-305.

W.Angerzon an et al. An 8% Efficient layered . Sohottky. I. Appl . Phys. Barrier sdlarcell, 1974, 45, № 9, p. 3913-3915.

(54)ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО

(57)Изобретение относится к полупроводниковым устройствам, например фотогальваниче.ским, или устройствам выпрямления тока. Целью изобретения является повышение эффективности преобразования и снижение затрат при производстве. Аморфньй крейний активной области, изготовленный посредством тлеющего разряда в силане на подложке, имеет идеальные характеристики, подходящие для активной области «Ьотогальванического устройства.. Продолжительность жизни носителей в аморфном кремнии, изготовленном посредством тлеющего разряда в силане, больше примерно 10 с, в то время как продолжительность жизни носителей в аморфном кремнии, образованном посредством распьшения или испарения, составляет порядка . Поскольку подвижность электронов и дырок в аморфном кремнии, изготовленном посредством тлеющего разряда,выше , можно получить большие эффективности сброса тока. Средняя плотность локализованных состояний в запрещенной зоне аморфного кремния не более 10 /см . Поглощение света аморфным кремнием, изготовленным посредством тлеющего разряда, превосходит поглощение света монокристаллическим кремнием во всем видимом диапазоне света, т.е. от 4000 до 7000А. Активная область аморфного кремния, полученного посредством тлеющего разряда, может быть в 10 раз тоньше монокристаллического кремния и обеспечивать сравнимое поглощение света в видимом ди апаз о не. Вследствие этого толщина активной области составляет 1 мкм или меньше и обеспечивает хорошую эффективность устройства. 1 ил.

с и

сл

СП

Smd

к

ы

Изобретение относится к полупроводниковым yCTpoficTBaMj к фотогальваническим устройствам и устройствам выпрямления тока, активная область которых представляет собой аморфный кремний 5 изготовленный посредством тлеющего разряда в силане.

Цель изобретения - повышение эффективности преобразования и снижение затрат при производстве.

На чертеже изображено полупроводниковое фотогальваническое устройство .

Фотогальваническое устройство содержит подложку 1 из материала, имеющего как свойства хорошей удельной электропроводности, так и способност выполнения невыпрямляющего контакта с аморфным кремнием, нанесенным посредством тлеющего разряда. Обычно в качестве подложки 1 используют металл, тАкой как алюминий, сурьма, нержавеющая сталь или монокристаллический, или поликристаллический кремний с большой примесью . На поверхности подложки 1 находится активная область 2 аморфного кремния.

На поверхности активной области 2 с противоположной стороны от подложки находится металлическая область 3s которая является полупрозрачной для солнечного излучения и представляет собой металлический материал с хорошей удельной электропроводностью типа золота, платины, палладия или хрома. Металлическая область 3 может представлять собой один слой металла или может быть многослойной. Если ме таплическую область 3 делают многослойной, то первый слой может представлять -собой платину на активной области 2, предназначенную для обеспечения большой высоты барьера Шотки а второй слой на первом слое платины может быть золотом или серебром для обеспечения хорошей электрической проводимости. Поскольку металлическа область 3 представляет собой металл типа золота, платины, палладия или хромаJ толщина его должна быть только примерно 100 А с тем, чтобы быть полупрозрачной для солнечного излучения .

На поверхности металлического сло 3 находится электрод сетки 4. Обычно электрод сетки 4 представляет собой металл с хорошей удельной электропроводностью. Электрод сетки 4 занимает только небольшую площадь на поверхности металлического слоя 3, поскольку солнечное излучение, падаю- щее на электрод сетки 4, может отражаться обратно от активной области 2. Назначение электрода сетки 4 состоит в том, чтобы обеспечивать равномерный сбор тока с металлического слоя 3.

o Электрод сетки обеспечивает также низкое последовательное сопротивление устройства, когда оно работает в качестве элемента схемы.

На электроде сетки 4 и на поверх5 ности металлического слоя 3, не занятой эле:ктродом сетки 4, находится ан- тиотра ;ательный слой 5 . Последний , имеет поверхность 6 падения, на которую падает солнечное излучение.

0 В процессе изготовления фотогальванического устройства подложку, например алюминий, располагают на нагревательной пластине, в вакуумной камере и подсоединяют к отрицатель5 ной кл€ мме источника энергии.

Затем вакуумную камеру откачивают до давления порядка 0,5-1,0/х10 торр, а подложку нагревают до 150-400 с. В вакуумную камеру впускают силан

0 SiH под давлением 0,1-3,0 торр и в результате этого температура подложки повьшхается до величины 200-500°С. С целью обеспечения невыпрямляющего контакта между подложкой и активной област)эЮ, последняя должна наносить5

5

0

5

ся на подложку при температуре выше для того, чтобы гарантировать образование эвтетики между алюминиевой подложкой и активной областью аморфного кремния.

Для нанесения активного слоя разность лотенциалов между анодом и подложкой должна быть такой, чтобы плот-; ность тока на поверхности подложки была в диапазоне 0,3-3,0 мА/см . Скорость нанесения аморфного кремния возрастает с увеличением давления паров сипана и плотности тока. При описанных условиях нанесение 1 мкм аморфного кремния происходит менее чем за 5 мин. Температура подложки поддерживается выше 350 С и способствует пиролитическому разложению нанесенных гидридов кремния.

После нанесения аморфного кремния на подложку с активным слоем посредством испарения наносится металлическая обла сть, электрод сетки и антиотражательный слой. Весь технологический процесс может выполняться единой системой.

Использование аморфного кремния, полученного посредством тлеющего разряда, в активной области фотогальванических устройств и фотоэлементов обеспечивает устройство с более тонкой активной областью, чем устройство такой же.базовой структуры, но из монокристаплического кремния. Кроме того, устройства, в которых использу ется аморфный кремний, полученные посредством тлеющего разряда, способны поглощать солнечное излучение, сравнимое с поглощением солнечного излучения фотогальваническими устройствами и фотоэлементами из монокристаллического кремния, имеющими активные области в 10 раз толще.

Таким образом, преимущество изобретения состоит в снижении стоимости, получаемой благодаря использованию более тонкой активной области. Кроме того, обеспечивает также снижение стоимости вырабатывания электрической энергии из солнечного излучения, поI И I I I

тому что при изготовлении предлагаемых устройств, затрачивает меньше энергии, поскольку изготовление производится при более низких температурах, чем изготовление монокристаллических устройств.

Формула изобретения

Полупроводниковое устройство для преобразования световой энергии в электрическую, содержащее активную зону из кремния на электропроводящей подложке с омическим, совмещенным с электропроводящей подложкой, и выпрямляющим контактами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования и снижения затрат при производстве, активная зона выполнена из гидрированного аморфного кремния, средняя плотность локализованных состояний в запрещенной зоне которого не более 10 на 1 см , подвижность электронов не менее 10 см /с-В, а время жизни носителей не менее 10 с.