NL8420336A - Werkwijze voor het vervaardigen van zonnecellen. - Google Patents

Description

Φ * 8420336 VO 7314

Werkwijze voor het vervaardigen van zonnecellen.

De uitvinding heeft betrekking op de vervaardiging van foto-voltagecellen en meer in het bijzonder op een verbeterde goedkope methode voor het vervaardigen van uit polykristallijn silicium bestaande zonnecellen, waarbij de tijdens de waterstofpassivering ge-5 vormde beschadigde oppervlaktelaag als een plateermasker voor het metalliseren van de voorvlakelektroden wordt gebruikt.

Tot nu toe heeft een gebruikelijke methode voor het vervaardigen van uit silicium bestaande zonnecellen de volgende stappen omvat: het vormen van een PN-junctie door een geschikt doteermiddel in 10 de voorzijde van siliciumplaat of -strook te diffunderen, een rooster-elektrodepatroon te etsen in een beschermende diëlektrische maskeer-laag, welke aan dat voorvlak is gevormd, het neerslaan van een nikkel-platering op alle silicium, dat door het etsen is vrijgegeven, een overplatering van het nikkel met koper en tin, het verwijderen van 15 de rest van de diëlektrische maskeerlaag van het voorvlak, en het aanbrengen van een anti-reflectiebekleding op de nieuw vrijgegeven gedeelten van het voorvlak.

Ofschoon een dergelijke procedure kan worden toegepast bij zowel monokristallijn als polykristallijn silicium, maken kostenover-20 wegingen het gewenst zonnecellen uit het laatstgenoemde materiaal te vervaardigen. Zoals evenwel bekend is, zijn in verband met de minder-heidsdragerverliezen bij korrelbegrenzingen, dislocaties en dergelijke, de bij uit polykristallijn silicium bestaande zonnecellen verkregen rendementen in het algemeen lager dan die van monokristallijne cellen.

25 Deze omstandigheid is verbeterd door een monovalent element, zoals waterstof, in het stelsel te introduceren voor een combinatie met de vrije bindingen, behorende bij de structurele defecten, waardoor de minderheidsdragerhercombinatieverliezen tot een minimum worden teruggebracht .

30 Zoals bekend is een belangrijke overweging bij het ontwerpen van een celverwerkingsreeks die, dat de combinatie van tijd en temperatuur bij elke stap na de waterstofpassiveringsstap niet dient te veroorzaken, dat de in het silicium geïntroduceerde waterstof uit de 8420336 * _ -2- gepassiveerde substraat terugdiffundeert. Zo is het bijvoorbeeld gebleken, dat een met waterstof gepassiveerde cel, welke werd onderworpen aan een temperatuur van 600°C gedurende een half uur in vacuo, in hoofdzaak alle gebonden waterstof verliest en naar het voor-5 passiveringsniveau daarvan terugkeert, zoals blijkt uit de waargenomen door een elektrodenbundel geïnduceerde stroomactiviteit daarvan. In dit verband wordt opgemerkt, dat de junctiediffusiestap bij de zonne-celfabricage meer in het bijzonder temperaturen van de orde van 900°C met zich medebrengt.

10 Het is voorts gebleken, dat door de waterstofpassivering de cel normaliter tot een zo hoge temperatuur wordt verhit, dat basismetalen, zoals koper, via de junctie migreren, waardoor een "zachte" diode of een kortsluiting optreedt. Zoals bijvoorbeeld door C.H. Seager, D.J. Sharp, J.K.G. Panitz, en R.V. D'Aiello in Journal of Vacuum 15 Science and Technology, Vol. 20, No. 3, pag. 430-435 (maart 1982) is aangegeven, kan de passivering van polykristallijn silicium plaatsvinden met een ionenbron van het Kaufman-type, welke wordt gebruikt voor het leveren van een waterstofionenbundel in het kilo-elektronen-voltenergiegebied. Betrekkelijk korte belichtingstijden (b.v. tussen 20 0,5 en 4 minuten) in een gebied met grote ionenenergie en flux (b.v.

2 1-3 milliampère per cm ) blijken optimaal te zijn. Dergelijke belichtingen leiden in het algemeen ertoe, dat de substraattemperatuur tot tenminste bij benadering 275°C stijgt indien de substraat zorgvuldig in aanraking wordt gehouden met een geschikt warmte-afvoerorgaan.

25 In alle andere gevallen treden gemakkelijk temperaturen van meer dan 400°C op. Het is evenwel van belang, dat de temperaturen tot minder dan ongeveer 300°C worden beperkt teneinde een snelle migratie van basismetalen in de siliciummatrix te vermijden. Een manipulatie van de substraat en het warmte-afvoerorgaan voor het verkrijgen van een 30 thermische regeling tijdens de passivering wordt evenwel gemakkelijk de, de snelheid begrenzende factor bij een verwerking met groot debiet bij dergelijke ionenbronnen. Derhalve is het gewenst de warmte-afvoer te vermijden teneinde een goedkoop proces met groot debiet te verkrijgen. Bovendien maken bij een siliciumband van het EFG-type, welke 35 op een economische wijze kan worden vervaardigd, oppervlakte-onregel-matigheden een warmte-afvoer lastig.

8420336 * „ -3-

Voorts is de waterstofpassivering het meest doeltreffend wanneer het basissiliciumoppervlak wordt vrijgegeven. Derhalve dient een "positief" plateermasker, gebruikt voor het bepalen van het voorvlak-roosterelektrodepatroon door het interelektrodegebied van het voorvlak 5 te bedekken, tijdens de passivering niet op zijn plaats te zijn.

Zoals is beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial No. 563061, kan de gewijzigde oppervlaktelaag, die bij de waterstof-ionenbundelpassivering wordt gevormd, als een plateermasker voor een daaropvolgende metallisering worden gebruikt, waarbij een dompelpla-10 tering van een gekozen metaal plaatsvindt. Een voorkeursuitvoeringsvorm van het proces, dat in detail is beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial No. 563061, als toegepast op de vervaardiging van uit silicium bestaande zonnecellen, omvat onder meer de volgende stappen: (1) het vormen van een plateermasker van een diëlektrisch 15 materiaal op het voorvlak van een siliciumstrook met ondiepe junctie teneinde die gebieden van het silicium vrij te laten, welke later door de voorvlakelektrode moeten worden bedekt, (2) het aanbrengen van een dunne laag nikkel (of een soortgelijk materiaal) op het vrij liggende silicium, (3) het verwijderen van het plateermasker, (4) het met 20 waterstof passiveren van de junctiezijde van de cel, (5) het sinteren van het nikkel teneinde gedeeltelijk een nikkelsilicide te vormen, (6) het dompelplateren van verder nikkel op de met metaal bedekte gedeelten van de cel, (7) het elektroplateren van een laag koper op het nikkel, en (8) het aanbrengen van een anti-reflectiebekleding op het 25 vrij liggende oppervlak van het silicium. Daarna kan het silicium verder worden verwerkt bijvoorbeeld om dit gereed te maken voor verbinding met elektrische ketens. Bij een alternatief proces levert de verhitting van het monster tijdens de passivering ten minste een deel van de energie voor de nikkelsinterstap.

30 Ofschoon het duidelijk is, dat een dergelijke procedure (1) het verwijderen van het initiële plateermasker voor de passivering mogelijk maakt (waardoor een betere passivering mogelijk is) en (2) een passivering mogelijk maakt vóór het aanbrengen van basismetalen zonder dat een extra maskeerstap voor de metallisatie nodig is (waar-35 bij zowel het gevaar van beschadigde cellen, veroorzaakt door een migratie van het basismetaal tijdens de passivering, wordt geëlimineerd 8420336 4 * -4- als het produktieproces wordt vereenvoudigd door het elimineren van de noodzaak tot een nauwkeurige thermische regeling van de substraat tijdens de passivering of een fotolithografische stap na de passivering), kan het proces nog steeds worden verbeterd. Derhalve bestaat, ofschoon 5 de thermische regeling, welke nodig is om een basismetaalmigratie (temperaturen bij voorkeur minder dan ongeveer 300°C) te vermijden, wordt geëlimineerd, nog steeds het gevaar van beschadigde cellen aanwezig tengevolge van migratie, ofschoon bij een geringere diffusie-snelheid, van nikkel of nikkelsilicide in de matrix van de substraat.

10 Voorts vereist de zojuist beschreven methode de vorming van een plateermasker, als een verdere laag op de substraat, voor de initiële metallisering, en vereist in verband hiermede een verdere verwerking en verdere materialen.

Derhalve beoogt de uitvinding te voorzien in een werkwijze 15 voor de vervaardiging van zonnecellen, welke een waterstofpassiverings-stap na de behandelingsstappen met hoge temperatuur doch vóór een eventuele voorvlakmetallisatie omvat.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijke werkwijze, waarbij niet de vorming van een plateermasker 20 nodig is om metallisering van het vrij liggende gepassiveerde oppervlak na de waterstofpassivering te beletten.

Deze en andere oogmerken worden verwezenlijkt door een werkwijze, waarbij, bij een voorkeursuitvoeringsvorm als toegepast op de vervaardiging van uit silicium bestaande zonnecellen, onder meer de 25 volgende stappen aanwezig zijn: (1) het diffunderen van fosfor in een siliciumstrook van het P-type teneinde een ondiepe junctie te vormen, waarbij door het diffusieproces tegelijkertijd een laag van fosfo-silicaatglas aan het oppervlak van de strook bij de junctie wordt gevormd, (2) een roosterelektrodepatroon van de fosfosilicaatglaslaag 30 wordt gevormd door fotolithografie (onder gebruik van een geschikte fotolaksamenstelling en etsing) in de vorm van een "negatief" plateermasker (d.w.z., dat het fosfosilicaatglas slechts achterblijft in die gebieden van de substraat, waarin het gewenst is later de voorvlak-elektroden te bevestigen), (3) het bekleden van de andere zijde van 35 de siliciumstrook met een aluminiumpasta, (4) het verhitten van het silicium teneinde het aluminium te legeren, (5) het met waterstof pas- 8420336 4 -5- siveren van de junctiezijde van de cel, terwijl tegelijkertijd een gewijzigde laag in de niet-bedekte siliciumsubstraat tussen het fosfo-silicaatglaselektrodepatroon wordt gevormd, (6) het resterende fosfo-silicaatglas wordt weggeëtst, en (7) zowel het niet-gewijzigde vrij-.5 liggende silicium als het aluminium met een gekozen metaal, zoals nikkel, door dompelplatering wordt gemetalliseerd. Daarna kan het silicium verder worden verwerkt, bijvoorbeeld om het gereed te maken voor verbinding met elektrische ketens, en worden voorzien van een anti-reflectiebekleding.

10 De hier gebruikte uitdrukking "dompelplatering" heeft betrek king op een proces, waarbij een voorwerp met een metaal wordt geplateerd zonder gebruik te maken van een uitwendig aangelegd elektrisch veld door het voorwerp onder te dompelen in een plateerbad, dat geen reducerend middel bevat, waarbij het plateren een verplaatsingsreactie 15 omvat. Dompelplatering onderscheidt zich van elektrodeloze platering daarin, dat bij laatstgenoemde methode een plateerbad wordt gebruikt, dat een reducerend middel bevat.

Deze vervaardigingsreeks heeft een aantal grote voordelen.

Door het aanbrengen van de voorvlakelektroden uit te stellen tot na 20 de passivering, wordt elk gevaar op een vernieling van de cel door een migratie van het elektrodemateriaal naar de junctie tijdens volgende behandelingsstappen in een sterke mate gereduceerd. Aangezien de thermische regeling tijdens de passivering minder kritisch is, kan een warmte-afvoer worden vermeden. Derhalve maakt de uitvinding een 25 ionenbundelpassivering met groot debiet mogelijk. Bovendien elimineert de voorkeursmethode door gebruik te maken van de glaslaag, welke wordt gevormd als een gevolg van de werkwijze van het vormen van de junctie, als het lichaam van een negatief plateermasker, zowel een etsstap (voor het initieel verwijderen van het glas) als een bekledingsstap 30 (voor het verschaffen van materiaal voor een plateermasker), waarbij het glas in plaats daarvan in twee stadia wordt verwijderd.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening, welke een aantal van de stappen toont, welke worden uitgevoerd bij de vervaardiging van een zonnecel overeen-35 komstig een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding.

8420336 « -6-

In de tekening zijn equivalente onderdelen van dezelfde verwijzingen voorzien.

Verder zijn ter illustratie de dikten en diepten van de verschillende bekledingen en gebieden in de tekening niet nauwkeurig 5 overeenkomstig de relatieve proporties daarvan aangegeven.

In de tekening heeft de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding betrekking op de vervaardiging van zonnecellen uit een EFG-gegroeide siliciumstrook van het P-type. Als een eerste proceseis wordt één zijde (hierna de "voorzijde" genoemd) van een vooraf gerei-10 nigde uit silicium bestaande EFG-strook 2 met een geleiding van het P-type onderworpen aan een fosfordiffusieproces, dat zodanig is berekend, dat een betrekkelijk ondiepe junctie 4 (d.w.z. een junctie met

O

een diepte gelegen tussen ongeveer 3000 en ongeveer 7000 A), een gebied 6 met een geleiding van het N-type en een redelijk dikke (bijvoor-

O

15 beeld van de orde van ten minste 1500 A) laag van fosfosilicaatglas 8 wordt gevormd. Als een voorbeeld wordt een siliciumstrook met een geleiding van het P-type, vervaardigd door het rand-gedefinieerde film-gevoede groei-(EFG)-proces met een specifieke weerstand van ongeveer 5 ohm-cm gereinigd door deze te etsen in een oplossing van HNO^ (70%): 20 HF (49%) in een verhouding met een waarde tussen ongeveer 4:1 en 9:1 gedurende ongeveer 1-3 minuten bij ongeveer 25°C. Daarna wordt de strook in een zuurstofrijke atmosfeer aan een fosfordiffusie onderworpen. Bij dit voorbeeld reageren het silicium en de zuurstof tezamen voor het vormen van siliciumdioxyde, reageren fosfor en zuurstof te-25 zamen voor het vormen van fosforpentoxyde, reageren fosforpentoxyde en siliciumoxyde tezamen voor het vormen van een fosfosilicaatglas, en reageren het fosforpentoxyde en het silicium tezamen voor het vormen van fosfor en siliciumdioxyde. Men kan ook een fosfosilicaatglas, vervaardigd als gedetailleerd omschreven in het Amerikaanse octrooi-30 schrift 4.152.824, als de bron voor de fosfor gebruiken.

De volgende stap omvat het bekleden van de voorzijde van de strook met een negatieve fotolak 10, hetgeen op zichzelf bekend is.

De lak kan op een geschikte wijze worden aangebracht bijvoorbeeld door spuiten, en daarna worden verhit om de organische oplosmiddelen te 35 verdrijven en te veroorzaken, dat de lak zich stevig aan het fosfosilicaatglas hecht. Meer in het bijzonder wordt deze verhitting ver- 8420336 -7- « kregen door de fotolak te verhitten tot een waarde gelegen tussen ongeveer 80°C en 110°C en wel gedurende een periode gelegen tussen ongeveer 35 en ongeveer 60 minuten.

De fotolaklaag wordt dan met een negatief masker met het 5 patroon van een van een aantal vingers voorziene roosterelektrode bekleed, bijvoorbeeld een masker met transparante gebieden, welke overeenkomen met de vingers van de gewenste elektrode, welk masker elders ondoorlaatbaar is. Als een voorbeeld van een geschikt elektrodepatroon kan worden verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift 3.686.036.

10 Het roostermasker wordt dan met ultraviolet licht met een voldoende intensiteit en gedurende een voldoende tijd bestraald teneinde te veroorzaken, dat het belichte gedeelte van de fotolak polymeriseert. Vervolgens wordt de fotolak ontwikkeld door een behandeling met één of meer geschikte ontwikkelmiddelen, bijvoorbeeld door contact met 15 tolueen en propanol of andere geschikte oplosmiddelen. Door dit ont-wikkelproces worden die gedeelten van de lak verwijderd, welke niet zijn bestraald en derhalve niet zijn gepolymeriseerd. Derhalve blijft een gedeelte 10A van de fotolak volgens het patroon van de gewenste roosterelektrodeconfiguratie over. Een daaropvolgende ontwikkelver-20 hitting bij ongeveer 140°C blijkt de etsbestendigheid van de resterende fotolak bij de volgende behandelingsstap te verbeteren.

Na het belichten en ontwikkelen van de fotolak (en het daarna verhitten bij ontwikkelen) wordt het stelsel onderworpen aan een gebufferde oxyde-etsbehandeling waarbij het etsmiddel bijvoorbeeld be-25 staat uit een oplossing van HF en NH^F, waardoor de vrij liggende laag van fosfosilicaatglas 8 wordt verwijderd. Derhalve kan (p2°5^x^S:’'02^y' een fosfosilicaatglas, van de substraat worden verwijderd door deze laatste in ÏONH^F(40%):1HF bij een temperatuur van ongeveer 25°C gedurende een periode gelegen tussen ongeveer 15 sec en 2 min, onder te 30 dompelen. Hierdoor wordt een laag 12 van fosfosilicaatglas met het patroon van de roosterelektrodeconfiguratie onder het gepolymeriseerde, niet-verwijderde gedeelte 10A van de fotolak in tact gelaten.

Vervolgens wordt de achterzijde van de substraat met een laag 14 van een aluminiumpasta bekleed. De aluminiumpasta, welke wordt ge-35 bruikt voor het vormen van een laag 14, omvat bij voorkeur aluminium-poeder in een vluchtige organische drager, zoals terpineol, welke door verdampen kan worden verwijderd.

8420336 -8-

Deze stap wordt dan gevolgd door een legeringsstap, waarbij de substraat gedurende ongeveer 0,25 - 2,0 minuten tot een temperatuur van meer 575° wordt verhit voor het verwijderen van eventuele vluchtige of pyrolyseerbare organische componenten van de pasta en het legeren 5 van het aluminium in de pasta met de uit silicium bestaande substraat.

Bij de legeringsstap gaat de aluminiumbekleding 14 een legering aan met de achterzijde van de substraat en voorziet in een gebied 16 van het P+-type met een diepte, welke varieert van ongeveer 1 tot ongeveer 5 micron. De legeringsstap dient ook voor het verwijderen van 10 het resterende lakgedeelte 10A door pyrolyse.

Vervolgens wordt de cel met waterstof gepassiveerd. Een voorkeur smethode bestaat daarin, dat het voorvlak van de substraat 2 wordt blootgesteld aan de waterstofionenbundel van een ionenbron van het Kaufman-type (brede bundel), welke bron zich op een afstand van onge-15 veer 15 cm van de substraat bevindt. Deze ionenbron wordt bij voorkeur bedreven bij een druk, gelegen tussen ongeveer 20 en 50 millitorr (waterstof), een waterstofstroomsnelheid van de orde van ongeveer 25 tot 40 s.c.c per minuut, een potentiaal van ongeveer 1700 volt gelijkspanning tussen de bron en de substraat, en een bundelstroom, welke is 2 20 gelegen tussen ongeveer 1 en 3 milliampère/cm bij de substraat. Het is gebleken, dat een belichtingstijd, gelegen tussen ongeveer 1 en ongeveer 4 minuten adequaat is om zowel de minderheidsdragerhercombi-natieverliezen, welke zich meer in het bijzonder voordoen bij silicium-cellen van het EFG-type (waarbij wordt voorzien in een passiverings-25 gebied met een diepte van ongeveer 20 tot 80 micron, of ongeveer 100 maal zo diep als de junctie 4) tot een minimum terug te brengen, terwijl tegelijkertijd wordt voorzien in een gewijzigde oppervlakte-

O

laag 18 met een diepte van bij benadering 200 A aan de vrij liggende gedeelten van de substraat 2.

30 De exacte aard van de gewijzigde oppervlaktelaag 18 is niet bekend. Gemeend wordt evenwel, dat deze bestaat uit een beschadigde zone, waarin de kristalstructuur enigszins is verbroken, en waarbij het silicium gedeeltelijk SiH of Si^ met waterstof uit de ionenbundel vormt doch waarbij het materiaal eventueel amorf is. Het blijkt, dat 35 een kleine hoeveelheid koolstof of één of meer koolwaterstoffen nodig is voor de vorming van de gewenste gewijzigde oppervlaktelaag.

8420336 t .

-9-

Zoals initieel geïnstalleerd, werd de ionenbron van het Kaufman-type, welke werd gebruikt, voorzien van een grafietondersteuning met een diameter van ongeveer 13 cm, waarop de substraten, meer in het bijzonder van 5 bij 10 cm, centraal waren opgesteld. In sommige gevallen 5 werkte wanneer de grafietondersteuning werd vervangen door een sili-ciumondersteuning de gewijzigde laag niet zo goed als een plateer-masker als in het geval, dat de grafietondersteuning werd gebruikt.

Op basis hiervan is verondersteld, dat koolstof of koolwaterstofdamp, gevormd door het invallen van de waterstofionenbundel op de grafiet-10 ondersteuning, de vorming van een diëlektrische laag aan het oppervlak van de substraat kan bevorderen. Wat ook de aard van de laag is, het is gebleken, dat een gewijzigde oppervlaktelaag 8, die overeenkomstig deze procedure wordt gevormd met versnellingsspanningen tussen ongeveer 1400 en ongeveer 1700 volt en belichtingstijden van ongeveer 15 1 minuut voldoende is om een daaropvolgende metallisatie van de vrij- liggende gewijzigde oppervlaktelaag 18 te beletten wanneer de metallisatie een dompelplatering van een materiaal zoals nikkel omvat.

Na de passivering wordt de resterende fosfosilicaatglaslaag 12 verwijderd door de substraat onder te dompelen in een gebufferde op-20 lossing van ÏONH^F(40%):1HF bij een temperatuur, gelegen tussen ongeveer 25°C en ongeveer 40°C. Dientengevolge wordt het voorvlak van de substraat 2 nu volledig vrijgegeven. Op dit vrij liggende oppervlak bepaalt de gewijzigde oppervlaktelaag 18 een patroon van, in dit geval, ongewijzigd silicium met een geleiding van N -type met de configuratie 25 van de gewenste voorelektrodestructuur.

Vervolgens vindt een metallisering van de cel plaats. De substraat wordt door onderdompelen geplateerd met nikkel, waarbij een hechtende neerslag van nikkel een nikkellaag 22 aan de achterzijde over het gehele oppervlak van de aluminiumbekleding 14 vormt, terwijl 30 de zich hechtende neerslag van nikkel aan de voorzijde een laag 20 direct aan het oppervlak van de substraat 2 slechts over die gebieden vormt, vanwaaruit de fosfosilicaatglaslaag 12 na de passivering is verwijderd. Bij deze plateerstap vormt de gewijzigde oppervlaktelaag 18 van het silicium een plateermasker waaraan het nikkel zich niet 35 hecht. Het plateren van de nikkellagen kan overeenkomstig verschillende dompelplateermethoden geschieden. Bij voorkeur vindt het plaats 8420336 -10- overeenkomstigeen dompelplateerproces, dat gelijk is aan of overeenkomend met het proces, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.321.283. Als een voorafgaande stap wordt het gereinigde silicium-substraatoppervlak vooraf met een geschikt middel geactiveerd. Deze 5 vooractiveringsprocedure is gewenst aangezien het siliciumoppervlak dikwijls zelf niet het elektrodeloze plateerproces ondersteunt en eventueel op een niet-behandeld oppervlak geplateerd nikkel zich daaraan in het algemeen slechts slecht hecht. Bij voorkeur wordt als acti-veringsmiddel goudchloride gebruikt ofschoon platinachloride, tin-10 chloride-palladiumchloride, of andere bekende activatoren kunnen worden gebruikt, zoals deze bijvoorbeeld zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.489.603. Daarna worden de beide zijden van de sili-ciumstrook bekleed met een laag nikkel, bij voorkeur door de strook onder te dompelen in een waterig bad, als beschreven in het Amerikaanse 15 octrooischrift 4321283, of een waterig bad van nikkelsulfamaat en ammo-niumfluoride bij een pH van ongeveer 2,9 en bij bij benadering kamertemperatuur gedurende een periode van ongeveer 2-6 minuten.

Nadat het nikkel is aangebracht wordt de substraat in een inerte of een stikstofatmosfeer verhit tot een temperatuur en geduren-20 de een tijd, welke voldoende zijn om de nikkellagen te sinteren en te veroorzaken, dat de nikkellaag 20 aan de voorzijde van de substraat met het naastgelegen silicium reageert voor het vormen van een uit nikkelsilicide bestaand ohm's contact. Voor dit doel wordt de substraat bij voorkeur tot een temperatuur van ongeveer 300°C gedurende een 25 periode tussen ongeveer 15 en 40 minuten verhit. Hierdoor verkrijgt

O

men een nikkelsilicidelaag met een diepte van ongeveer 300 A aan het scheidingsvlak tussen de nikkellaag 20 en de substraat 2. De nikkellaag 18 aan de achterzijde vormt een legering met de aluminiumlaag 12.

De temperatuur van deze sinterstap dient 300°C niet sterk te over-30 schrijden aangezien hogere temperaturen tot een excessieve binnendrin-ging van de nikkellaag 20 in het silicium leiden. Bij voorkeur wordt het aanbrengen en sinteren van het nikkel zodanig geregeld, dat de nikkellaag 20 aan de voorzijde van de substraat een dikte van onge-

O

veer 1000 A heeft.

35 Vervolgens wordt het nikkel van de lagen 18 en 20 bij voor keur onderworpen aan een etsbehandeling, bijvoorbeeld met salpeterzuur, 8420336 -lien een verdere metallisering, zoals met een tweede laag nikkel door dompelplateren en één of meer lagen koper door dompelplateren en/of elektroplateren, alles op zichzelf bekend. Er is geen maskering van de gewijzigde laag voor de koperplatering nodig aangezien het koper zich 5 niet aan de beschadigde laag zal hechten.

Na de metallisering worden de celranden (niet afgebeeld) bijgewerkt en wordt op het voorvlak van de cel een anti-reflectiebekle-ding 24 aangebracht. Dit kan op één van een aantal bekende wijzen geschieden, zoals door chemische dampneerslag of verdamping van bij-10 voorbeeld TiC^· De anti-reflect;i-ekekleciing 24 kan ook worden gevormd door de plasmaneerslag van siliciumnitride bij een temperatuur van ongeveer 150°C, zoals op zichzelf bekend is. Bij wijze van voorbeeld omvat de voorkeursmethode volgens de uitvinding het uitvoeren van de bovenbeschreven individuele stappen bij de gedetailleerd voor elke 15 stap en in de aangegeven volgorde beschreven voorkeursmodus.

Het is vastgesteld, dat zonnecellen, die overeenkomstig hét bovenstaande proces uit EFG-gegroeide stroken worden vervaardigd, een toename van 10 - 20% in het gemiddelde rendement vertonen. Bovendien blijkt voor dit materiaal de waterstofpassiveringsstap de verdeling 20 van de celrendementen op een geprononceerde wijze te versmallen.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft een aantal voordelen.

In de eerste plaats elimineert deze de mogelijkheid, dat de junctie 4 wordt vernield door migratie van nikkel of nikkelsilicide tijdens de passivering, zoals zich kan voordoen bij cellen met ondiepe junctie 25 indien een initiële nikkelbekleding vóór de passivering op het voorvlak wordt aangebracht. Afgezien van het reduceren van de kans van beschadigde cellen worden hierdoor de eisen voor een nauwkeurige thermische regeling (b.v. door warmteafvoer) tijdens de passivering verzacht. Derhalve wordt bij het vervaardigingsproces een ionenbundelpassiverings-30 stap met groot debiet mogelijk gemaakt.

Binnen het kader van de uitvinding zijn wijzigingen mogelijk. Terwijl bij de voorkeursuitvoeringsvorm het voorelektroderoosterpatroon in het plateermasker door fotolithografie wordt gevormd, is het duidelijk, dat dit even goed kan worden gevormd door andere processen, die 35 gewoonlijk worden toegepast bij chemisch "milling" (b.v. zeefdruk).

8420336 -12-

Ofschoon bij de voorkeursmethode gebruik wordt gemaakt van het fosfosilicaatglas, dat tijdens de N+-diffusie wordt gevormd, om het ionenbundelmasker te vormen voor het bepalen van het beschadigings-laagpatroon, kunnen voor de voorvlaklaag ook andere materialen of pro-5 cessen worden toegepast. Zo kan bijvoorbeeld als uitgangsmateriaal een substraat van het N-type worden gebruikt, waarbij de junctie bijvoorbeeld wordt gevormd door diffusie met boor, waardoor wordt voorzien in een boorsilicaatglaslaag. Indien het uitgangsmateriaal zou worden geleverd met een junctie en zonder een glaslaag, zou weer een 10 geschikte laag moeten worden aangebracht. Het is duidelijk, dat de aangebrachte laag óf in staat moet zijn om te worden geëtst voor het vormen van een geschikt plateermasker óf zelf met de geschikte configuratie kan worden aangebracht.

Ofschoon de voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 15 de uitvinding gebruik maakt van de gewijzigde laag, gevormd door de waterstofpassivering, om een daaropvolgende platering te maskeren behoudens op eerder geplateerd nikkel, kan de werkwijze ook met andere metalen dan nikkel worden toegepast. Het is duidelijk, dat de initiële laag van de voorvlakelektroden bij een siliciuminrichting met ondiepe 20 junctie kan worden aangebracht door één van een aantal materialen met geringe reactiviteit aan te brengen, welke in staat om (bij voorkeur bij een lage temperatuur) een ohm's contact te vormen en als een barrière te dienen voor de diffusie van koper of een ander basismateriaal, dat in een later stadium wordt aangebracht. Geschikte metalen 25 ten gebruike bij koper omvatten palladium, platina, kobalt en rodium, evenals nikkel. Ofschoon al deze materialen siliciden vormen, is een silicidelaag niet essentieel. Het is evenwel van belang, dat de initiële metaallaag zich op de juiste wijze hecht, als een ohm's contact dient en als een barrière werkt voor de migratie van een eventueel 30 later aangebracht metaal, terwijl bovendien het materiaal niet op een significante wijze naar de junctie zelf migreert. Deze materialen kunnen door dompelplateermethoden op dezelfde wijze als nikkel worden aangebracht.

Binnen het kader van de uitvinding kunnen nog andere wijzi-35 gingen worden uitgevoerd bijvoorbeeld (a) het vormen van het P+-achter-gebied van de cel onder gebruik van met een vlam gespoten aluminium 8420336 -13- in plaats van een aluminiumpasta, of (b) het gebruik van andere methoden voor het aanbrengen van de tweede en volgende bekledingen van nikkel of een ander materiaal met geringe reactiviteit, zoals palladium, platina, kobalt en rodium, of (c) het vormen van de junctie door ionen-5 implantatie. Indien geen extra maskeerlaag op de gepassiveerde gebieden wordt aangebracht, moet de laag van nikkel (of een ander metaal met geringe reactiviteit van het beschreven type) door dompelplateren worden aangebracht en moeten de verdere lagen koper door elektroplate-ren of dompelplateren worden aangebracht.

10 De werkwijze volgens de uitvinding is natuurlijk niet beperkt tot de vervaardiging van zonnecellen uit EFG-substraten. Zo kunnen bijvoorbeeld gegoten polykristallijne substraten, epitaxiale silicium op silicium met een metallurgische kwaliteit of polysiliciumlagen met goede kwaliteit, gevormd door chemische of fysische dampneerslag, wor-15 den gebruikt voor het vormen van zonnecellen met een relatief hoog rendement volgens de uitvinding. Voorts kan de werkwijze worden toegepast op monokristallijn silicium en daarbij zowel op silicium van het N-type als van het P-type.

Voorts kan de werkwijze worden toegepast bij de vervaardiging 20 van Schottky barrière-inrichtingen, waarbij de gewijzigde oppervlakte-laag als een masker voor de metallisatie dient. Voor dergelijke toepassingen is, zoals duidelijk is, het metaal-substraatscheidingsvlak de junctie en zal de substraat daarna niet van een junctie worden voorzien door diffusie van fosfor of dergelijke.

25 8420336

Claims (16)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleidende vaste-toestandsinrichting gekenmerkt door achtereenvolgens het verschaffen van een siliciumsubstraat met tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlakken, waarbij op het eerste oppervlak een masker in de 5 vorm van een oppervlaktelaag met een voorafbepaald twee-dimensionaal patroon aanwezig is, via welk patroon gekozen gedeelten van het eerste oppervlak worden vrijgegeven, het eerste oppervlak wordt blootgesteld aan een waterstofionenbundel met een zodanige intensiteit en gedurende een zodanige duur, dat op de gekozen vrij liggende gedeelten van het 10 eerste oppervlak een oppervlaktelaag wordt gevormd waaraan metalen zich slechts slecht zullen hechten, het masker wordt verwijderd en het genoemde eerste oppervlak aan een zodanige metaalplatering wordt onderworpen, dat op alle gedeelten van het eerste oppervlak, welke verschillen van de gekozen vrij liggende gedeelten een metaallaag 15 wordt gevormd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat bij het eerste oppervlak voor het blootstellen aan de waterstofbundel een junctie wordt gevormd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de inrich-20 ting een fotovoltage-inrichting is.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat een anti-reflectiebekleding wordt aangebracht, die het eerste oppervlak bedekt.

5. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleidende vaste-toestandsinrichting gekenmerkt door achtereenvolgens het verschaffen 25 van een siliciumsubstraat met tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlakken, het vormen van een oppervlaktelaag op het eerste oppervlak van de substraat, het vormen van een masker in de oppervlaktelaag door een voorafbepaald twee-dimensionaal patroon daarin selectief te etsen, via welk patroon op een selectieve wijze gedeelten van het 30 eerste oppervlak worden vrijgegeven, het eerste oppervlak wordt blootgesteld aan een waterstofionenbundel met een zodanige intensiteit en een zodanige duur, dat op de gekozen vrij liggende gedeelten van het eerste oppervlak een oppervlaktelaag wordt gevormd waaraan metalen zich slechts slecht zullen hechten, het masker wordt verwijderd en 35 het eerste oppervlak wordt gemetalliseerd. 8420336 i \ -15-

6. Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de opper-vlaktelaag bestaat uit een glaslaag, welke is gevormd tengevolge van de diffusie van een junctie in de substraat bij het eerste oppervlak.

7. Werkwijze volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat een junctie 5 wordt gevormd door een fosfor in de siliciumsubstraat te diffunderen, waardoor een fosfosilicaatglas-oppervlaktelaag wordt gevormd.

8. Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat het masker door fotolithografie onder gebruik van een fotolak, welke het eerste oppervlak bedekt, wordt gevormd.

9. Werkwijze volgens conclusie 8 met het kenmerk, dat een bekle ding van aluminium op het tweede oppervlak vóór het verwijderen van de fotolak wordt aangebracht en daarna de siliciumsubstraat wordt verhit tot een zodanige temperatuur en gedurende een zodanige tijd, dat het aluminium van de bekleding een legering aangaat met de silicium-15 substraat en de fotolak door pyrolyse wordt verwijderd.

10. Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat zowel het eerste als het tweede oppervlak wordt gemetalliseerd.

11. Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de opper-vlaktelaag een diëlektrische laag is.

12. Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat op het tweede oppervlak vóór de metallisatie van het eerste oppervlak een bekleding van aluminium wordt aangebracht, en het aluminium tot een zodanige temperatuur en gedurende een zodanige tijd wordt verhit, dat het aluminium een legering met de siliciumsubstraat aangaat.

13. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleidende vaste- toestandsinrichting gekenmerkt door achtereenvolgens het verschaffen van een siliciumsubstraat met tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlakken, het vormen van een junctie in de substraat bij het eerste oppervlak en het gelijktijdig vormen van een glaslaag op het eerste 30 oppervlak, het bekleden van de glaslaag met een hechtende bekleding van een fotolakmateriaal, het blootstellen van de hechtende bekleding aan stralingsenergie via een masker, dat een voorafbepaald tweedimensionaal patroon bepaalt, het chemische ontwikkelen van de zich hechtende bekleding zodat gekozen gedeelten van de zich hechtende 35 bekleding van de glaslaag overeenkomstig het voorafbepaalde patroon worden verwijderd, die gedeelten van de glaslaag worden verwijderd, 8420336 -16- Ψ welke niet door de zich hechtende bekleding zijn bedekt teneinde gekozen gedeelten van het eerste oppervlak vrij te geven, een bekleding van aluminium op het tweede oppervlak wordt aangebracht, de silicium-substraat tot een zodanige temperatuur en gedurende een zodanige perio-5 de wordt verhit, dat het aluminium van de aluminiumbekleding een legering aangaat met de siliciumsubstraat en de zich hechtende bekleding door pyrolyse wordt verwijderd, het eerste oppervlak wordt blootgesteld aan een waterstofionenbunde1 met een zodanige intensiteit en gedurende een zodanige periode, dat op de niet-bedekte gekozen gedeelten van het 10 eerste oppervlak een oppervlaktelaag wordt gevormd waaraan metalen zich slechts slecht zullen hechten, de glaslaag wordt verwijderd en de eerste en tweede oppervlakken worden gemetalliseerd.

14. Werkwijze volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat het eerste oppervlak aan de waterstofionenbundel wordt blootgesteld gedurende 15 een tijd en met een intensiteit, welke voldoende zijn om de minderheids-dragerverliezen van de substraat te verminderen.

15. Werkwijze volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de metal-lisering geschiedt ónder gebruik van een metaal, gekozen uit de groep van metalen, welke nikkel, palladium, kobalt, platina en rodium om- 20 vatten.

16. Werkwijze volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de metal-lisering het plateren van nikkel uit een bad, dat een nikkelzout en fluorideionen bevat, omvat. 25 8420336