CH668861A5

CH668861A5 - Verfahren zur herstellung von festkoerper-halbleiter-vorrichtungen.

Info

Publication number: CH668861A5
Application number: CH3597/85A
Authority: CH
Inventors: Jack I Hanoka; Douglas A Yates; James A Gregory
Original assignee: Mobil Solar Energy Corp
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1989-01-31
Also published as: SE8503835L; EP0165990A1; EP0165990A4; AU573696B2; AU3889085A; SE8503835D0; GB2162998B; SE456626B; WO1985002943A1; GB2162998A; GB8516878D0; NL8420337A; DE3490611T1

Description

BESCHREIBUNG

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, wie photovoltaische Zellen, und insbesondere ein verbessertes billiges Herstellungsverfahren für polykristalline Silizium-Solarzellen, wobei die während der Wasserstoffpassivierung erzeugte beschädigte Oberflächenschicht als Beschichtungsmaske für die Metallisierung der Vorderflächenelektroden verwendet wird. Das erfindungsge-mässe Verfahren ist im Patentanspruch 1 definiert.

Bisher umfasste ein übliches Herstellungsverfahren für Sili-zium-Solarzellen die Schritte: Formen eines PN-Übergangs durch Diffundieren eines passenden Dotierstoffes in die Vorderseite eines Silizium-Scheibchens oder -Bandes, Ätzen eines Elektroden-Gittermusters in eine schützende dielektrische Maskenschicht, welche auf der Vorderfläche gebildet war, Ablagern einer Nickelplattierung auf allem Silizium, welches durch das Ätzen freigelegt Wurde, Tauchlöten oder Überschichten des

Nickels mit Kupfer und Zinn, Entfernen des Restes der dielektrischen Maskenschicht von der Vorderfläche und Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung auf die erneut freigelegten Teile der Vorderfläche.

Obwohl ein derartiges Verfahren entweder auf Einkristalloder auf polykristallines Silizium anwendbar ist, lassen Kostengründe es wünschenswert erscheinen, Solarzellen aus letzterem herzustellen. Wegen der Minoritätsträgerverluste an Korngrenzen, Kristallgitterversetzungen und dergleichen sind jedoch, wie gut bekannt, die Wirkungsgrade, welche mit polykristallinen Si-lizium-Solarzellen erzielt werden, im allgemeinen schlechter als solche von monokristallinen Zellen. Dieser Umstand wurde schon durch die Einführung eines einwertigen Elementes, wie beispielsweise Wasserstoff, in das Gefüge verbessert, um die freien Wertigkeiten aus den Gitterfehlstellen abzubinden, wodurch die Rekombinationsverluste der Minoritätsträger minimiert werden.

Wie dem Fachmann bekannt, ist eine wichtige Betrachtung bei der Auslegung einer Zellenbearbeitungsfolge, dass die Kombination von Zeit und Temperatur in jedem beliebigen Schritt nach dem Wasserstoffpassivierungsschritt keine Rückdiffusion des in das Silizium eingebrachten Wasserstoffes aus dem passivierten Substrat heraus verursachen sollte. So wurde beispielsweise gefunden, dass eine wasserstoffpassivierte Zelle, welche im Vakuum während einer halben Stunde einer Temperatur von 600°C ausgesetzt wird, im wesentlichen ihren gesamten gebundenen Wasserstoff verliert und auf ihr Niveau vor der Passivierung zurückkehrt, wie durch die beobachtete, durch Elektronen-Strahl induzierte Stromaktivität bewiesen wurde. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, dass der Übergangsdiffusionsvorgang bei der Solarzellenherstellung typischerweise Temperaturen in der Grössenordnung von 900°C erfordert.

Es wurde ebenfalls gefunden, dass die Wasserstoffpassivierung normalerweise die Zelle auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um Basismetalle, wie Kupfer, zur Migration durch den Übergang zu veranlassen, wodurch eine «weiche» Diode oder ein Kurzschluss verursacht wird. Wie beispielsweise durch C.H. Seager, D.J. Sharp, J.K.G. Panitz und R.V. D'Aiello im Journal of Vacuum Science and Technology, Band 20, Nr. 3, Seiten 430 - 435 (März 1982) gezeigt wurde, kann die Passivierung von polykristallinem Silizium mit einer Kaufman-Ionen-quelle erhalten werden, welche benützt wird, um einen Wasserstoffionenstrahl im Kiloelektronenvolt-Energiebereich zu erzeugen. Relativ kurze Bestrahlungszeiten (z.B. zwischen 0,5 und 4 Minuten) in einem Bereich von hoher Ionenenergie und hohem Fuss (z.B. 1 bis 3 Milliampere pro Quadratzentimeter) erscheinen optimal. Derartige Bestrahlungen resultieren im allgemeinen in einer Temperaturerhöhung des Substrates auf mindestens annäherungsweise 275°C, falls das Substrat sorgfältig mit einer geeigneten Wärmesenkung verbunden ist. Andernfalls können Temperaturen über 400°C ohne weiteres erreicht werden. Es ist jedoch wichtig, dass die Temperaturen auf weniger als ca. 300°C begrenzt werden, um schnelle Migration von Basismetallen in die Siliziummatrix zu verhindern. Die Manipulation von Substrat und Wärmesenke zur Kontrolle der Temperatur während der Passivierung wird jedoch leicht zum geschwindigkeitsbestimmenden Faktor bei Hochdurchsatzverfahren mit derartigen Ionenquellen. Es ist daher wünschenswert, das Wärmeabführen zu vermeiden, um ein billiges Hochdurchsatzverfahren zu erhalten. Zusätzlich ist das Wärmeabführen bei EFG-Siliziumband, welches ökonomisch herstellbar ist, wegen Ober-flächenunregelmässigkeiten schwierig.

Darüber hinaus ist die Wasserstoffpassivierung am wirksamsten, wenn die Siliziumbasisfläche freiliegt. Jegliche Beschichtungsmaske, wie z.B. die Siliziumnitridschicht, die in bekannten Verfahren verwendet wird, muss daher vor der Passivierung entfernt werden. Infolgedessen müssen die Vorderflächenelektroden vor der Passivierung abgeschieden werden.

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Wie in der Anmeldung Nr. 563 061 (Anwaltsakte MTA-49) beschrieben wurde, kann die durch Wasserstoffionenstrahl-Pas-sivierung produzierte veränderte Oberflächenschicht als Be-schichtungsmaske für nachfolgende Metallisierungsschritte verwendet werden. Mehr im Detail umfasst eine bevorzugte Ausführungsart des dort im Detail beschriebenen Verfahrens, wie auf die Herstellung von Silizium-Solarzellen angewandt, unter anderem die folgenden Schritte: (1) Bilden einer Beschichtungs-maske aus einem dielektrischen Material auf der Vorderfläche eines Silizium-Bandes mit flachem Übergang, so dass diejenigen Flächen des Siliziums, welche später von der Vorderflächen-elektrode bedeckt werden sollen, frei bleiben, (2) Niederschlagen einer dünnen Schicht aus Nickel (oder ähnlichem Material) auf das freiliegende Silizium, (3) Entfernen der Beschichtungs-maske, (4) Wasserstoffpassivieren der Übergangsseite des Bandes, (5) Sintern des Nickels unter teilweiser Bildung eines Nik-kelsilizids, (6) Plattieren von zusätzlichen(m) Metall(en) auf die metallbedeckten Teile der Zelle und (7) Aufbringen einer Anti-reflexionsbeschichtung auf die freiliegend Oberfläche des Siliziums. Hierauf kann das Silizium weiter verarbeitet werden, z.B. um es für die Verbindung mit elektrischen Schaltkreisen vorzubereiten. Die Passivierung verändert die freiliegende Oberfläche der Übergangsseite des Substrates derart, dass sie als Maske für den sekundären Plattierungsschritt (6) dient. In einem alternativen Verfahren liefert die Erwärmung der Probe während der Passivierung zumindest einen Teil der Energie für den Nickelsinterschritt.

Dieses Verfahren wird weiter vereinfacht in der Anmeldung Nr. 563 292 (Anwaltsakte MTA-50), worin gelehrt wird, dass eine negative Beschichtungsmaske (das heisst: eine Maske, welche nur die Teile der Vorderfläche abdeckt, die später von der Vorderflächenelektrode bedeckt werden sollen), die auf der Vorderfläche des Substrates abgeschieden ist, dafür benützt werden kann, das Ausmass der veränderten Oberflächenschicht, die durch den Ionenstrahl erzeugt wurde, zu beeinflussen, wodurch vor jedem Metallisieren der Vorderfläche die Passivierung ermöglicht wird, wobei die Maske nach der Passivierung, aber vor der Metallisierung entfernt wird.

Beide der eben umrissenen Verfahren erlauben Wasserstoffpassivierung mit der hiermit verbundenen Verbesserung der Zelleneigenschaften von polykristallinen Substraten bei einem bevorzugten Temperaturverlauf. Sogar das einfachste der eben beschriebenen beiden Verfahren erfordert jedoch grössenord-nungsmässig ein Dutzend Verfahrensschritte. Beide Verfahren erfordern ferner, dass eine Oberflächenschicht auf dem Substrat in eine zeitweilig verfügbare Maske umgewandelt wird, welches mit dem Preis von Zeit und nicht-wiedergewinnbarem Material bezahlt werden muss.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahrensschritte bei der Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, wie Solarzellen, aus EFG-Typ-Band oder ähnlichen Substraten zu eliminieren.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prozessfolge für die Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, wie Solarzellen, bereitzustellen, welche einen Was-serstoffpassivierungsschritt nach den Hochtemperaturverarbei-tungsschritten, aber bevor irgendwelche Basismetalle in die Struktur eingegliedert werden, umfasst und welche doch den Gebrauch von nicht-wiedergewinnbarem Material minimiert.

Diese und andere Aufgaben werden in der vorliegenden Erfindung gelöst, wobei eine entfernbare und wiederverwendbare mechanische Maske Verwendet wird, um den Ionenstrahl, der für die Wasserstoff-Passivierung verwendet wird, auf der Vorderfläche des Substrates abzuschatten. Die veränderte Oberflä-chenschicht, welche durch den Durchgang des Ionenstrahls durch die Öffnungen in der Maske erzeugt wird, bildet eine Beschichtungsmaske, welche die Flächen der nachfolgenden Vorderflächen-Metallisierung durch Tauchplattieren abgrenzt.

Man wird einsehen, dass durch den Gebrauch einer entfernbaren mechanischen Maske für die Festlegung der Flächen des Substrates, welche dem Ionenstrahl ausgesetzt werden, die Verfahrensschritte des chemischen Fräsens, die zur Bildung und Entfernung der bekannten Beschichtungsmasken verwendet werden, vermieden werden. Die Maske entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ferner wiederverwendbar. Als Folge hiervon wird ein stark vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren ermöglicht.

Für ein volleres Verständnis der Natur und der Aufgaben der vorliegenden Erfindung sollte man sich auf die folgende detaillierte Beschreibung beziehen, welche zusammen mit der begleitenden Zeichnung gesehen werden muss, die eine Anzahl von Schritten, die bei der Herstellung von Solarzellen entsprechend einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung angewandt werden, erläutert.

Durch die ganze Zeichnung hindurch beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Strukturen.

Zur Vereinfachung der Darstellung werden in der Zeichnung die Dicken und Tiefen der diversen Beschichtungen und Regionen nicht genau in ihren relativen Proportionen gezeigt.

Unter Bezug auf die Zeichnung bezieht sich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung auf die Herstellung von Solarzellen aus EFG-gewachsenem P-Typ-Siliziumband. Als erstes Verfahrenserfordernis wird eine Seite (im folgenden «Vorderseite» genannt) eines vorgereinigten EFG-P-Leitfähigkeits-Silizi-umbandes 2 einem Phosphor-Diffusionsverfahren unterworden, welches derart berechnet ist, dass es einen relativ flachen Übergang 4 (das heisst: einen Übergang mit zwischen ca. 3000 und ca. 7000 Angströmeinheiten Tiefe) und eine N-Typ-Leitfähig-keits-Region 6 erzeugt. Als Beispiel wird ein Siliziumband mit P-Typ-Leitfähigkeit, welches durch das EFG-Verfahren hergestellt wurde und einen Widerstand von etwa 5 Ohm • cm aufweist, durch Ätzen in einer Lösung von 70(7oiger HN03:49%-igem HF in einem Verhältnis von zwischen ca. 4:1 und 9:1 während ca. 1 bis 3 Minuten bei einer Temperatur von etwa 25°C gereinigt. Hiernach wird das Band einem bekannten Phosphordiffusionsverfahren unterworfen. Eine Schicht aus Phosphorsilikatglas 8, welche entsprechend dem US-Patent 4 152 824 hergestellt wurde, kann beispielsweise als Quelle für den Phosphor-Dotierstoff verwendet werden.

Hierauf wird die Schicht aus Phosphorsilikatglas 8 weggeätzt, indem das Substrat in eine gepufferte HF-Lösung getaucht wird. Auf diese Weise kann (P205)x(Si02)y, ein Phosphorsilikatglas, durch Eintauchen des Substrates in 10 NH4F (40 % ig) : 1 HF bei einer Temperatur zwischen ca. 25°C und ca. 40°C während eines Zeitraums von zwischen ca. 15 Sekunden und 2 Minuten von letzterem entfernt werden.

Auf dieses folgend wird die Rückseite des Substrates mit einer Schicht 10 aus einer Aluminiumpaste beschichtet. Die Aluminiumpaste, welche für die Herstellung der Schicht 10 verwendet wird, umfasst vorzugsweise Aluminiumpulver in einem flüchtigen organischen Träger, wie z.B. Terpineol, welcher durch Verdunsten entfernt werden kann.

Dieser Schritt wird dann gefolgt von einem Legierungsschritt, bei dem das Substrat während ca. 0,25 bis 2,0 Minuten auf eine Temperatur von über ca. 575°C erwärmt wird, um alle flüchtigen oder pyrolysierbaren organischen Komponenten der Paste zu entfernen und das Aluminium in der Paste mit dem Silizium-Substrat zu legieren.

Im Legierungsschritt legiert die Aluminiumbeschichtung 10 mit der Rückseite des Substrates und bildet eine P+-Typ-Region 12 mit einer Tiefe von ca. 1 bis ca. 5 Mikrometer.

Als nächstes wird die Zelle wasserstoffpassiviert. Eine bevorzugte Methode besteht darin, die Vorderfläche des Substrates 2 dem Wasserstoffionenstrahl einer Kaufman-Typ-(Breit-strahl)-Ionenquelle auszusetzen, welche etwa 15 cm vom Substrat entfernt ist. Eine Maske 14 ist zwischen der Ionenquelle

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und dem Substrat angeordnet. Diese Ionenquelle wird vorzugsweise bei einem Druck von zwischen ca. 20 und 50 Millitorr (Wasserstoff), mit einer Wasserstoffströmungsgeschwindigkeit in der Grössenordnung von ca. 25 bis 40 cm3 (norm) pro Minute, mit einer Gleichspannung von ca. 1700 V zwischen Quelle und Substrat und mit einer Strahl-Stromstärke von zwischen ca. 1 und 3 Milliampere/cm2 am Substrat betrieben. Eine Bestrahlungszeit von zwischen ca. 1 und ca. 4 Minuten wurde als passend ermittelt, um sowohl RekombinationsVerluste der Minoritätsträger zu minimieren, welche typischerweise bei EFG-Typ Silizium-Zellen auftreten (und welche eine Passivierungzone mit einer Tiefe von etwa 20 bis 80 Mikrometer Tiefe oder etwa der lOOfachen Tiefe des Übergangs 4 erzeugen), während gleichzeitig eine veränderte Oberflächenschicht 18 mit einer Tiefe von annäherungsweise 200 Angströmeinheiten auf den freiliegenden Teilen des Substrates 2 gebildet wird.

Die exakte Natur der veränderten Oberflächenschicht 18 ist nicht bekannt. Es wird jedoch angenommen, dass es eine beschädigte Zone ist, in der die Kristallstruktur etwas unterbrochen ist, wobei das Silizium mit Wasserstoff aus dem Ionen-Strahl teilweise SiH oder SÌH2 bildet, aber worin das Material möglicherweise amorph ist. Eine geringe Menge Kohlenstoff oder eines oder mehrerer Kohlenwasserstoffe scheint notwendig zu sein für die Bildung der gewünschten veränderten Oberflächenschicht. In einem ersten Aufbau war die verwendete Kaufmansche Ionenquelle mit einem Montagetisch aus Graphit mit ca. 5 Zoll (ca. 13 cm) Durchmesser ausgerüstet, auf dem die Substrate, typischerweise mit 2x4 Zoll (5 X 10 cm) Seitenlänge, zentral angeordnet waren. In einigen Fällen, bei denen ein Silizium-Montagetisch den Graphit-Tisch ersetzte, verhielt sich die veränderte Schicht weniger gut als Beschichtungsmaske als in den Fällen, bei denen der Graphit-Tisch verwendet wurde. Auf der Basis dessen wurde angenommen, dass Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoff-Dampf, welcher durch den Aufprall des Wasserstoffionen-Strahls auf den Graphit-Tisch erzeugt wurde, eine dielektrische Schicht auf der Oberfläche des Substrates bilden könnte. Wie dem auch sei, es wurde gefunden, dass eine veränderte Oberflächenschicht 18, die entsprechend diesem Verfahren bei Beschleunigungsspannungen zwischen ca. 1400 und ca. 1700 Volt und kurzen Bestrahlungszeiten, wie einer Minute, erzeugt wurde, genügt, um eine nachfolgende Metallisierung des Substrates durch Tauchplattierung über der veränderten Schicht 18 zu unterbinden.

Die Maske 14 ist eine metallische Schablone im Muster der gewünschten mehrfach-gefingerten Gitterelektrode, beispielsweise einer Elektrode, die die im US-Patent 3 686 036 erläuterte Form hat. Die Maske 14 ist vorzugsweise aus Molybdän hergestellt, aber auch andere Metalle, wie Invarstahl, rostfreier Stahl, Titan, Nickel oder ähnliche, oder Graphit und andere ähnliche nicht-metallische Hochtemperaturmaterialien können benützt werden. Die Maske 14 ist derart in bezug auf die Vorderfläche des Substrates 2 und die lonenstrahlquelle angeordnet, dass das gewünschte Elektrodengittermuster bei Aktivierung der lonenstrahlquelle auf die Vorderfläche 20 projiziert wird. Anders ausgedrückt, die Maske 14 verdeckt den Ionenstrahl 16 im gewünschten Gittermuster der Elektroden, während sie die Bestrahlung des Substrates in den Flächen zwischen den Elektroden zulässt.

Als nächstes wird die Metallisierung der Zelle durchgeführt. Beide Seiten des Substrates werden mit Nickel tauchplattiert, wobei eine haftende Nickelablagerung auf der Rückseite über der gesamten Fläche der Aluminiumbeschichtung 10 eine Nikkeischicht 22 bildet, während die haftende Nickelablagerung auf der Vorderseite eine Nickelschicht 20 direkt auf die Oberfläche des Substrates 2 nur über denjenigen Flächen bildet, die frei sind von veränderter Oberflächenschicht 18. In diesem Plattierungsschritt bildet die veränderte Oberflächenschicht 18 des Siliziums eine Beschichtungsmaske, auf der das Nickel nicht haftet. Tauchplattieren der Nickelschichten kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Es wird jedoch vorzugsweise entsprechend einem Nickel-Tauchplattierungsverfahren durchgeführt, welches dem in der US-PS 4 321 283 von Kirit Patel et al beschriebenen entspricht oder ähnlich ist.

Der Ausdruck «Tauchplattieren», wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein Verfahren, bei dem ein Gegenstand ohne Verwendung eines von aussen angelegten elektrischen Feldes plattiert wird durch Eintauchen in ein Plattierungsbad, welches kein Reduktionsmittel enthält, wobei die Plattierung aus einer Verdrängungsreaktion besteht. Im Gegensatz hierzu bedeutet der Ausdruck «stromloses Plattieren» eine Plattierung ohne von aussen angelegtes elektrisches Feld durch Eintauchen des zu plattierenden Gegenstands in ein Plattierungsbad, welches ein Reduktionsmittel enthält.

In einem Vorbereitungsschritt wird die gereinigte Silizium-substrat-Oberfläche voraktiviert mit einem passenden Mittel. Diese Voraktivierungsprozedur ist wünschenswert, weil die Siliziumoberfläche häufig den stromlosen Plattierungsprozess nicht selbst unterstützt und alles auf eine unbehandelte Oberfläche plattierte Nickel im allgemeinen schlecht daran haftet. Als Aktivierungsmittel wird vorzugsweise Goldchlorid verwendet, obgleich Platinchlorid, Stannochlorid-Palladiumchlorid oder andere gut bekannte Aktivierungsmittel Verwendung finden können, wie beispielsweise im US-Patent 3 489 603 beschrieben ist. Hierauf werden beide Seiten des Siliziumbandes mit einer Nickelschicht überzogen, vorzugsweise durch Eintauchen des Bandes in ein wässriges Bad, wie im genannten US-Patent 4 321 283 beschrieben, oder in ein wässriges Bad von Nickelsul-famat und Ammoniumfluorid bei einem pH-Wert von ca. 2,9 und bei annäherungsweise Raumtemperatur während eines Zeitraums von ca. 2 bis 6 Minuten.

Nach der Aufbringung des Nickels wird das Substrat in einer inerten Atmosphäre oder einem Gemisch, wie beispielsweise Stickstoff und Wasserstoff, auf eine Temperatur und während eines Zeitraums erhitzt, die genügen, um die Nickelschichten zu sintern und die Nickelschicht 20 auf der Vorderseite des Substrates zu einer Reaktion mit dem benachbarten Silizium zu veranlassen, um einen Ohmschen Kontakt aus Nickelsi-lizid zu bilden. Zu diesem Zweck wird das Substrat vorzugsweise während zwischen ca. 15 und ca. 40 Minuten auf eine Temperatur von ca. 300°C erhitzt. Hierdurch wird eine Nickelsili-zidschicht mit einer Tiefe von ca. 300 Angströmeinheiten an der Grenzfläche zwischen der Nickelschicht 20 und dem Substrat 2 gebildet. Die Nickelschicht 22 auf der Rückseite bildet eine Legierung mit der Aluminiumschicht 10. Die Temperatur dieses Sinterschrittes sollte 300°C nicht wesentlich überschreiten, da höhere Temperaturen zu einer schlechten Qualität der Nickelschicht 20 führen, und, wie bereits ausgeführt, dazu führen können, dass etwas passivierender Wasserstoff aus dem Substratmaterial zurück diffundiert. Vorzugsweise werden die Ablagerung und das Sintern des Nickels derart gesteuert, dass die Nickelschicht 20 auf der Vorderseite des Substrates eine Dicke von nicht mehr als ca. 750 Angströmeinheiten aufweist.

Hierauf wird das Nickel der Schichten 20 und 22 vorzugsweise geätzt, beispielsweise mit Salpetersäure, und weiter metallisiert, wie mit einer zweiten Schicht von Nickel und einer oder mehreren Schichten von Kupfer. Die zusätzliche Nickelschicht wird durch Tauchplattieren aufgebracht, vorzugsweise in der oben beschriebenen Weise für die Bildung der Schichten 20 und 22, da das zusätzliche Nickel auf die Schichten 20 und 22 plattiert wird, aber nicht auf die freiliegenden Flächen der veränderten Schicht 18. Das Kupfer wird vorzugsweise unter Anwendung von bekannten Techniken durch Tauchplattieren und/ oder Elektroplattieren aufgebracht. Maskierung der veränderten Schicht 18 ist nicht erforderlich, da Kupfer, welches durch Tauchplattieren oder Elektroplattieren gebildet wird, nicht an der veränderten Oberfläche 18 haftet.

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Auf die Metallisierung folgend werden die Zellenränder (nicht dargestellt) zugeschnitten, und eine Antireflexionsbe-schichtung 24 wird auf die Vorderfläche der Zelle aufgebracht. Dies kann durch irgendwelche von zahlreichen bekannten Verfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise durch chemisches Aufdampfen oder Verdampfen von beispielsweise TÌO2. Alternativ kann eine Antireflexionsschicht 24 durch Plasmaablagerung von Siliziumnitrid bei einer Temperatur von ca. 150°C gebildet werden, was dem Fachmann ebenfalls bekannt ist.

Das bevorzugte Verfahren zur praktischen Ausführung der Erfindung umfasst, als Beispiel, die Durchführung der individuellen Verfahrensschritte, wie oben beschrieben, in der bevorzugten Weise, die im einzelnen für jeden Schritt beschrieben ist, und in der genannten Reihenfolge.

Es konnte festgestellt werden, dass Solarzellen, die nach dem zuvor beschriebenen Verfahren aus EFG-gewachsenen Bändern hergestellt sind, im Durchschnitt eine Zunahme des Wirkungsgrades zwischen 10 und 20% zeigen. Zusätzlich engte für dieses Material der Wasserstoff-Passivierungsschritt auch die Verteilung der Zellen Wirkungsgrade merkbar ein.

Man wird einsehen, dass das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, wie Solarzellen, stark vereinfacht. Das Verfahren reduziert nicht nur wesentlich die Anzahl von erforderlichen Verfahrensschritten, sondern es eliminiert auch den Gebrauch von viel nichtwiedergewinnbarem Material. Auf diese Weise wird durch die Eliminierung des Gebrauches eines Photolackes zur Bildung einer Beschichtungsmaske für die Vorderflächenelektroden im vorliegenden Verfahren die Notwendigkeit, einen derartigen Photolack aufzubringen, zu bestrahlen und zu entwickeln, zusammen mit dem erforderlichen Schritt des Entfernens von restlichem Lack eliminiert. Ähnliche Betrachtungen beziehen sich auf äquivalente Verfahren des chemischen Fräsens.

Es kann, obwohl die bevorzugte Ausführungsart des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung die durch Wasser-stoff-Passivierung gebildete veränderte Schicht benützt als Maske für nachfolgendes Plattieren mit Ausnahme der bereits nikkeibeschichteten Stellen, das Verfahren benützt werden mit anderen Metallen als Nickel. Wie beispielsweise vom Fachmann leicht eingesehen wird, kann die Anfangsschicht der Vorderflä-

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chenelektroden auf einer Siliziumvorrichtung mit flachem Übergang durch Tauchplattieren von irgendeinem aus einer Anzahl von Materialien mit geringer Reaktivität erfolgen, welches fähig ist (vorzugsweise bei niedrigen Temperaturen), einen Ohmschen Kontakt zu bilden und als Diffusionsbarriere für Kupfer oder irgendwelche anderen Basismetalle zu wirken, welche zu einem späteren Zeitpunkt aufgebracht werden. Passende Metalle für die Verwendung mit Kupfer umfassen Palladium, Platin, Kobalt und Rhodium sowie Nickel. Während alle diese Materialien Silizide bilden, ist eine Silizidschicht nicht wesentlich. Es ist jedoch wichtig, dass die erste Metallschicht einwandfrei haftet, dass sie als Ohmscher Kontakt wirkt und dass sie als Migrationsbarriere für jegliches nachfolgend aufgebrachte Metall dient sowie selbst nicht nennenswert in den Übergang migriert.

Noch andere Änderungen können durchgeführt werden, wie beispielsweise (a) Bildung einer hinteren P+-Region der Zelle durch Verwendung von flammgespritztem Aluminium statt einer Aluminiumpaste oder (b) die Anwendung anderer Methoden zum Aufbringen der zweiten und der folgenden Schichten aus Nickel oder anderem Material geringer Reaktivität, wie Palladium, Platin, Kobalt und Rhodium, oder (c) Bildung des Übergangs durch Ionenimplantation. Wenn keine Maskenschicht über der veränderten Schicht abgeschieden wird, muss das zusätzliche Nickel (oder ein anderes Metall mit geringer Reaktivität, wie beschrieben) durch Tauchplattieren aufgebracht werden.

Der von der Erfindung bereitgestellte Prozess ist selbstverständlich nicht auf die Herstellung von Solarzellen aus EFG-Substraten beschränkt. So können z.B. gegossene polykristalline Substrate, epitaxiales Silizium auf Rohsilizium oder verfeinerte Polysilizium-Schichten, die durch chemisches oder physikalisches Aufdampfen erzeugt werden, Verwendung finden, um entsprechend der vorliegenden Erfindung Solarzellen mit relativ hohem Wirkungsgrad zu bilden. Das Verfahren ist ferner auf Einkristall-Silizium anwendbar. Das Verfahren kann auch mit N-Typ- sowie P-Typ-Substraten praktisch ausgeführt werden.

In all diesen Fällen kann selbstverständlich der Übergang durch verschiedene Prozesse gebildet werden, nicht nur durch Phosphor-Diffusion.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Halbleiter-Vorrichtungen, umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte, dass man

(a) ein Siliziumsubstrat mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen bereitstellt;

(b) eine mechanische Maske mit ausgewählten Öffnungen gegenüber der genannten erste Oberfläche anordnet; und

(c) die genannte erste Oberfläche durch die ausgewählten Öffnungen hindurch einem Wasserstoffionenstrahl bei einer Intensität und während eines Zeitraums aussetzt, die genügen, um auf der genannten ersten Oberfläche eine Oberflächenschicht zu bilden, welche den genannten Öffnungen entspricht und an der Metalle nicht haften.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ferner nach dem Bestrahlen mit dem genannten Wasserstoffionenstrahl diejenigen Teile der ersten Oberfläche, die durch die genannte Maske maskiert werden, metallisiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Metallisierens die Gesamtheit der ersten Oberfläche dem Metall ausgesetzt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Bildens eines Übergangs in dem genannten Substrat benachbart der genannten ersten Oberfläche, bevor die erste Oberfläche dem genannten Wasserstoffionenstrahl ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die genannte erste Oberfläche dem genannten Wasserstoffionenstrahl während eines Zeitraums und bei einer Intensität aussetzt, welche genügen, um die Minoritätsträgerverluste in dem genannten Substrat zu reduzieren.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die genannte Metallisierung mit einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe von Metallen, welche Nickel, Palladium, Kobalt, Platin und Rhodium umfasst, durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Tauchplattierens zur Metallisierung derjenigen Teile der ersten Oberfläche, welche von der genannten Maske verdeckt waren.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den genannten Metallisierungsschritt derart durchführt, dass auch die genannte zweite Oberfläche des genannten Substrates metallisiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Metallisierung die Ablagerung von Nickel aus einem ein Nickelsalz und Fluoridionen enthaltenden Bad umfasst.