NO325995B1 - Fremgangsmate for fremstilling av en solcelle - Google Patents
Fremgangsmate for fremstilling av en solcelle Download PDFInfo
- Publication number
- NO325995B1 NO325995B1 NO20025034A NO20025034A NO325995B1 NO 325995 B1 NO325995 B1 NO 325995B1 NO 20025034 A NO20025034 A NO 20025034A NO 20025034 A NO20025034 A NO 20025034A NO 325995 B1 NO325995 B1 NO 325995B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- sinxoy
- hydrogen
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 75
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 60
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 50
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910004286 SiNxOy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical group [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 4
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 27
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical class N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 12
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000005231 Edge Defined Film Fed Growth Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 pressure Substances 0.000 claims description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 93
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 19
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 17
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- UMVBXBACMIOFDO-UHFFFAOYSA-N [N].[Si] Chemical compound [N].[Si] UMVBXBACMIOFDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000007716 flux method Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000012803 optimization experiment Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av en solcelle under utforming av et sjikt som inneholder hydrogenholdig silisium i form av et pasifiserings-og/eller antirefleksjonssjikt på en skive eller folie som består av silisium eller et substrat som inneholder dette.
Fra den kjente teknikk skal det vises til følgende dokumenter:
1) Akira Izumi og Hideki Matsumura, "Low-temperature nitridation of silicon surface using NH3-decomposed species in a catalytic chemical vapor deposition system" Applied Physics Letters, sept. 8, 1997, vol. 71, 10, s. 1371-1372,
ISSN, 0003-6951, XP 012018546. 2) Sinke W.C., Leguijt C, Lolgen P., Eikelboom J.A., Weeber A.W., Schuurmans F.M., Alkemade P.F.A.., Sarro P.M., Maree C.H.M., Verhoef L.A., "Low temperature surface passivation for silicon solat cells", Source: Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 40, nr 4, 1 aug. 1996, s. 297-345 (49), ISSN 0927-0248,XP004008111. 3) US 4, 253 881 A 4) US 4, 869, 755A
Over 80 % av alle solceller blir nå for tiden laget av krystallinske silisiumskiver, som blir fremstilt enten ifølge Czochralski-metoden eller ved blokkstøping. Her blir en silisiumsmelte krystallisert i form av en rundsøyle eller en stor terning og deretter saget i de enkelte skivene. Denne høye andelen vil formodentlig øke tydelig gjennom nye fremstillingskapasiteter i de kommende årene da mange produsenter foretrekker produksjonsteknikkene anvendelige gjennom mange år på basis av krystallinske silisiumskiver fremfor ny teknologi.
Som fremtidige alternativer til solceller av silisiumskiver (typisk tykkelse ca. 300 um) blir det ne diskutert tynnsjiktsolceller som sammenlignet med av krystallinske silisiumskiver klarer seg med tydelig mindre halvledermateriale (tykkelse ca. 1-10 fim). Disse cellene kan med forskjellige fremgangsmeter bli påført direkte på store glassplater og lover derfor tydelige omkostningsreduksjonspotensialer. Allerede kommersielt tilgjengelig er amorfe silisium-tynnsjiktssolceller med virkningsgrader i området 6-8 %. Høyere virkningsgrader kan bli oppnådd med forbindelseshalvledere som CdTe eller CuInS2. Solceller av disse materialene blir nå prøvet innenfor rammen av pilotfremstillingslinjer (A. Abken et al., Proe. 16. EPVSEC, 2000; D. Cunningham et al.,
Proe. 16. EPVSEC, 2000). Om disse materialene kan hevde seg over lang tid er for tiden i ennå uklart da disse er delvis toksiske eller bare tilgjengelige i små mengder. Store forhåpninger blir satt til materialbesparende krystallinske silisium-tynnsjiktssolceller, da silisium er miljøvennlig og ubegrenset tilgjengelig. Men disse cellene er ennå i et meget tidlig stadium (R. Brendel et al., Proe. 14. EPVSEC, s. 1354, 1997; K. Feldrapp et al., Proe. 16. EPVSEC, 2000).
Et andre alternativ til konvensjonell fremstilling av solceller fra krystallinske silisiumskiver er anvendelsen av silisiumfolier. Her blir silisium krystallisert direkte som folie til den nødvendige tykkelsen for solceller. Dette forhindrer de betydelige snittsvinnene med de klassiske blokkstøpings- eller Czochralski-metodene. Industrielt anvendt blir allerede den såkalte Edge-defined Film-fed Growth (EFG) fremgangsmåten som muliggjør fremstillingen av kvalitativ meget høyverdige silisiumfolier. Nyeste utvikling sikter mot reduksjon av folietykkelsen til ca. 100 um. I motsetning til blokkst\|/ping- eller Czochralski-metodene er det en tydelig reduksjon av fremstillingsomkostningene mulig med foliefremgangsmåtene, da det med skiver som blir tynnere ikke øker forholdet snittsvinn mot skivevolumene. Her kunne silisiumfoliene eventuelt under den lange overgangstiden fra den bestående skive- til tynnsjiktteknologi dominere markedet.
En sentral størrelse for alle silisium-solceller er den effektive levetiden for ladningsbæreren i krystallvolumet generert gjennom lys. Denne må være tilstrekkelig høy, slik at helst alle ladningsbærerne diffunderer til metallkontaktene og dermed kan nå den tilsluttede strømkretsen. Dette gjelder såvel for de nå for tiden dominerende blokkstøp- og Czochralski-skivene, for silisiumfoliene som formodentlig midlertidig kommer i bruk, som også for de eventuelt i fremtiden mulige krystallinske silisium-tynnsjiktsolcellene.
Den effektive levetiden for ladningsbærere av krystallinsk silisium blir begrenset gjennom krystallfeil (forskyvninger eller feilsteder), gjennom krystallforurensninger (bl.a. metallatomer) og av beskaffenheten til krystalloverflaten (f.eks. frie bindinger). En tilstrekkelig forhindring av krystallfeil og -forurensninger og også fremstillingen av en ideell overflate allerede under krystall- og skivefremstillingen er ikke på grunn av tekniske hindringer eller av økonomiske grunner. Det blir derfor forsøkt å forbedre den opprinnelig ofte dårlige levetiden til ladningsbærerne i silisiumskivene.
Dette er mulig gjennom en etterfølgende reduksjon av forurensningene (Gettern)
(L.J. Caballero et al., Proe. 16. EPVSEC 2000), gjennom elektronisk "avvæpning" av krystalldefektene gjennom innføring av hydrogen i atomform i krystallen (hydrogenvolumpasifisering) (B.L. Sopori et al,. Solar En. Mat. & Solar Cells 41/42, s. 159, 1996) og ved påføring av overflatebelegg til forhindring av ladningsbærer-rekombinasjon på overflate (elektronisk overflatepasifisering) (A. Aberle, R. Hezel,
Progr. i PV 5, s. 29, 1997). Disse prosessene kan være av avgjørende betydning for gode i solcellevirkningsgrader og blir derfor allerede anvendt industrielt i forskjellige utformingsarter.
Til hydrogenvolumpasifisering av silisiumsolceller er bl.a. kjent fremgangsmåten hydrogenplasma, temperering i formeringsgass og inndiffusjon av hydrogen fra et hydrogenholdig silisiumnitridoverflatesjikt (SiN). Til elektronisk overflatepasifisering er bl.a. kjent fremgangsmåten oksydasjon av silisiumoverflaten (S. Wenham et al., Solar En. Mat. & Solar Cells 65, s. 377, 2001) og påføringen av et hydrogenholdig silisiumnitridoverflatesjikt (A. Aberle, R. Hezel, Progr. i PV 5, s. 29, 1997). Blant alle kjente fremgangsmåter er anvendelsen av et hydrogenholdig SiN-overflatesjikt det eneste som kan realisere begge prosessene samtidig. Av denne grunnen bruker stadig flere solcelleprodusenter SiN-sjikt i sin produksjon. En annen fordel med SiN-overflatesjikt-påføringen er at det i tillegg til sitt pasifiseringsegenskaper har utmerkede optiske parametere, hvorved det kan bli anvendt som effektive antirefleksbelegg.
Hydrogenvolumpasifiseringen ved hjelp av en SiN-overflatesjiktpåføring foregår i to prosesstrinn. Først blir det hydrogenholdige SiN-sjiktet påført overflaten til silisiumskiven. Her kan allerede en liten andel av hydrogen i atomform trenge inn i et overflatenært område av silisiumskiven. Deretter foregår det en høytemperaturbehandling ved temperaturer over 700 °C. Ved disse høye temperaturene blir en relativt stor mengde hydrogen i atomform i overflatesjiktet frigjort og diffunderer dypt inn i silisiumkrystallen (B.L. Sopori et al,. Solar En. Mat. & Solar Cells 41/42, s. 159, 1996; J. Jeong et al., J. Appl. Phys. 87 (10), s. 7551, 2000). Den elektroniske overflatepasifiseringen ved hjelp av en SiN-overflatesjiktpåføring foregår gjennom to effekter. For det første lagrer hydrogenet som befinner seg i sjiktet på silisiumoverflaten og pasifiserer frie silisiumbindinger, slik at disse blir elektronisk uvirksomme. For det andre oppstår det i sjiktet faste isolatorladninger som gjennom influens i silisium skaper et elektrisk felt som fører til en forsterkning av den elektroniske pasifiseringseffekten (Ladningsbærere blir holdt borte fra overflaten og derigjennom ikke gå tapt der) (A.G. Aberle et al., Solar En. Mat. & Solar Cells 29, s. 175, 1993). Fremstillingsfremgangsmåtene som er kjent for solcelleanvendelser til SiN-overflatesjiktpåføringene er: a) Parallellplateplasma: Ved denne fremgangsmåten blir silisium- og nitrogenholdige prosessgasser, fortrinnsvis silan og ammoniakk i et lavtrykksanlegg
påvirket med en plasmautladning og brakt til reaksjon. Plasmautladningen blir skapt mellom to parallelle plater gjennom å pålegge en vekselspenning. Denne ligger typisk i
kHz eller Mhz-frekvensområdet med en spenning på 100 V til 1000 V (R. Reif, in: i Handbook of Plasma Processing Technology, Noyes, New Yersey, 1990, s. 269 ff.).
b) Remote-Mikrobølge-Plasma: Ammoniakk eller nitrogen blir påvirket i et lavtrykk-plasma utenfor eller i et adskilt område i påføringskammeret og så ledet til
substratet. På veien dit blir en silisiumholdig prosessgass (som regel silan) blandet til. Den
påvirkede nitrogenholdige gassen reagerer her med den silisiumholdige gassen, slik at det i blir en sjiktutfelling på substratet.
c) LPCVD: Nitrogen- og silisiumholdige prosessgasser blir i et lavtrykksanlegg termisk brakt til reaksjon ved temperaturer over 700 °C. På grunn av de høye påkrevede
temperaturene er denne fremgangsmåten beheftet med flere ulemper. Bl.a. kan
temperaturfølsomme substrater ikke bli prosessert og hydrogengehalten i SiN-sj iktene er liten, da størstedelen av hydrogenet effunderer ut av sjiktet ved disse temperaturene.
For å gi solcellene et overflatesjikt til hydrogenvolumpasifiseringen og elektronisk overflatepasifiseringen med SiN er det hittil utelukkende anvendt parallellplate-SiN- og remote-mikrobølge-SiN-sjikt (A.G. Aberle et al., Solar En. Mat. & Solar Cells 65, s. 239, 2001). Begge fremgangsmåtene har ulempene at virksomheten til SiN-sjiktene i stor grad er avhengig av sjiktsammensetningen og utfellingsparameterne (T. Lauinger et al., J. Vac. Sei. Technol. A 16 (2), s. 530, 1998). Derigjennom oppstår følgende problemer: - ikke tilstrekkelig høye virkningsgrader da de anvendte sjiktene ikke utnytter det mulige potensialet for hydrogenvolumpasifisering og elektronisk overflatepasifiseringen, - under prosessinnføringen blir det nødvendig med omfattende optimeringseks-perimenter for å bestemme de mulige parametervinduene, - i drift er omfattende prosesskontroller påkrevet for å muliggjøre en jevn kvalitet på sjiktene, - de smale parametervinduene, hvor en god volumpasifisering er mulig begrenser variasjonsmulighetene for sjiktfremstillingen, slik at sjiktene ikke kan bli optimert samtidig med hensyn til sine antirefleks- og overflatepasifiseringskvaliteter, - gjennom den alt i alt sensible fremgangsmåten og det høye kontrollomfanget blir det økonomiske potensialet ikke utnyttet.
Fra Appl. Phys. Lett. 71(10), s. 1371, 1372, Izumi, Matsumara, "Low-temperature nitridation og silicon surface NH3-decomposed species in a catalytic chemical vapor deposition system" er en fremgangsmåte for nitrering av silisium-overflater av halvlederelementer (ULSI) kjent. SiNxCysjikt dannet på overflaten har et støkiometriforhold for Si : N : 0 = 1 : 0,9 : 0,3 ved en maksimal tykkelse på 4,8 nm. Sjiktet blir fremstilt i CAT-CVD-fremgangsmåten med wolframtråd som katalysator. Målingene har vist at man kan se bort fra forurensninger i SiNxOy-sjiktet betinget gjennom wolfram. Å benytte en tilsvarende nitrering til solceller er uegnet på grunn av det tynne sjiktet av SiNxOy.
For å utforme fotoelektrisk aktive sjikt til en solcelle kan poly-Si bli utfelt i Cat-CVD-fremgangsmåten (Solar Energy Materials & Solar Cells 69 (2001) 107-114, Niira et al., "Thin film poly-Si formation for solar cells by flux method and Cat-CVD-method"). I poly-Si sjiktene opptrer metallforurensningen med en konsentrasjon på 2»1<14> cm<3> til 2*1<18 >cm<3>. ;I Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 65, s. 541-547, Schropp et al., "Poly-silicon films with low impurity concentration made by hot wire chemical vapour deposition" blir det beskrevet at poly-Si blir utfelt ved hjelp av HWCVD. Forurensningen av wolfram i en konsentrasjon på IO<16> cm<3> kunne bli påvist. ;Fra US 6 225 241 Bl er det kjent en fremgangsmåte til katalytisk utfelling av et pasifiseringssjikt på et halvledersubstrat. ;Problemet som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelsen er å videreutvikle en fremgangsmåte for fremstilling av en solcelle, slik at det ved siden av gode optiske egenskaper blir mulig med så vel en god overflate- som også volumpasifisering av substratet. Her skal en økonomisk fremstilling med god reproduserbarhet være mulig. Spesielt skal en god volumpasifisering med vide parametervinduer være gjennomførbar, for samtidig å oppnå ønskede antirefleks hhv. overflatepasifiseringssjikt. ;Ifølge oppfinnelsen blir problemet i alt vesentlig løst ved at det ved utformingen av sjiktet som inneholder silisium i form av SiNxOy med 0<x<l,5og0<y<2 blir det målrettet lagret inn ett eller flere katalytisk virkende dopingstoffer med en konsentrasjon C, hvor 1« IO<14> cm"<3> < C < IO<21> cm"<3>. Dopingstoffene frigjør hydrogen fra SiNxOy-sjiktet og/eller påvirker strukturen i sjiktet, slik at dette flere ganger kan avgi hydrogen. Spesielt blir SiNxOy-sjiktet utformet med middelverdier for sjikttykkelsen på fra 0,1 < x < 1,5 og 0,01<y <2. ;Fortrinnsvis skulle konsentrasjonen C være mellom IO16 cm'3 og IO<19> cm"<3>. ;På en måte som må fremheves handler det for dopingstoffet hhv.dopingstoffene om slike som stammer fra gruppe V og VI hhv. rekken av refraktærmetallene eller som inneholder disse. Som utvalgte dopingstoffer kan her nevnes molybden, tantal, wolfram, platina og/eller rhenium. ;Her må spesielt som dopingstoff fremheves elementært wolfram og/eller WOx med 0 < x < 4 som gjennom kimdannelse påvirker strukturen i det oppvoksende SiNxOy-sjiktet spesielt gunstig og gjennom katalytisk virkning utløser aktiveringen av hydrogenet som finnes i sjiktet, slik at det i ønsket omfang foregår såvel en volum- som også en overflatepasifisering av substratet som består av eller inneholder silisium. ;Ifølge oppfinnelsen blir det valgt et hydrogenholdig SiNxOy-sjikt som under veksten og ved gløding setter fri hydrogen. Sjiktet blir forsynt med ett eller flere dopingstoffer, som katalysator under sjiktveksten fører til en forbedret strukturell innbygging av hydrogen, til en avspalting av atomært hydrogen (protoner) fra hydrogenholdige molekyler eller fra molekylært hydrogen eller under gløding av sjiktet til en avspalting av atomært hydrogen fra atomforbindelsen i sjiktet. ;Parallelt med overflate- hhv. volumpasifiseringen danner det seg ved dannelsen av overflatebelegget på substratet til solcellen et antireflekssjikt. ;Avvikende fra den hittil herskende meningen blir det målrettet ved utformingen av et SiNxOy-sjikt i en solcelle spesielt lagret inn metalliske dopingstoffer som ellers ble vurdert som kontaminasjon og ved fremstillingen av halvlederbyggeelementer fører til en dårligere kvalitet. Overraskende viser det seg på grunn av oppfinnelsen, altså den målrettede innlagringen av dopingstoffer som spesielt består av ett eller flere refraktærmetaller en forbedring av solcelleegenskapene og da både gjennom en volumpasifisering som også en overflatepasifisering med hydrogen. Her har det vist seg at en enkel prosesskontroll er mulig uten at ofring med hensyn til reproduserbarhet hhv. kvalitet måtte bli tatt med på kjøpet. ;Her viser fordelen med et vidt parametervindu seg, hvor en god overflate- og volumpasifisering er mulig, slik at variasjonsmulighetene for sjiktfremstillingen ikke blir begrenset og dermed en samtidig optimering av sjiktene med hensyn til deres antirefleks-og overflatepasifiseringskvalitet blir mulig. ;Virksomheten til dopingen for dopingstoffet hhv. dopingstoffene kan bli påvirket gjennom struktur og tykkelse på det hydrogenholdige silisiumnitridsjiktet og/eller gradienten til dopingkonsentrasjonen for dopingstoffet hhv. dopingstoffene i forhold til sjikttykkelsen. ;Med homogent utformet SiNxOy-sjikt skulle støkiometrien for x ligge mellom 0,1 ;og 1,5 ved sjikttykkelser i området mellom 50 nm og 110 nm. ;Men å realisere det homogene overflatesjiktet byr ofte på problemer da det spesielt i overgangen mellom substrat og overflatesjikt gjennom påvirkningen til substratoverflaten blir strukturforandringen i overflatesjiktet. Derfor forutsetter en videreutvikling av oppfinnelsen at en målrettet forandring av støkiometrien til SiNxOy-sjiktet foregår slik at over sjikttykkelsen varierer x mellom 0,1 og 1,5 og/eller y mellom 0 og 2,0, hvorved fortrinnsvis x med sjikttykkelsen øker fra 0,6 til 1,3 og y med sjikttykkelsen øker i området fra 0,1 til 1,0. ;Kan som nevnt doseringen av dopingstoffene bli valgt homogent så er også en gradientutforming over sjikttykkelsen mulig, hvorved spesielt konsentrasjonen av ;ie n IQ "j dopingstoffene med økende sjikttykkelse øker i området 1»10 cm til 1*10 cm" .
Den målrettede utformingen av overflatesj iktene med sterke gradienter og variabel tykkelse har blant annet fordelen av forbedrede antirefleksegenskaper for silisiumnitridsjiktet.
Oppfinnelsen kan bli realisert for alle arter av overflatesjikt, d.v.s. uten eller med gradienter og med forskjellige tykkelser. Som nevnt består også den muligheten å fremstille dopingskonsentrasjonen med en gradient over sjikttykkelsen, slik at en tilpasning til forskjellige overflatesjiktsystemer er mulig.
En mulig fremgangsmåte for doseringen av SiNxOy-sjiktene med refraktærmetaller er fremgangsmåten for katalytisk utfelling av silisiumnitrid gjennom påvirkning av hydrogenholdige silisium- og nitrogenforbindelser som silan-, disilan-, ammoniakk-, hydrogen- eller hydrasingasser i lavtrykkanlegg på varme refraktærmetaller i form av
platemetall eller metalltråder som tantal, molybden, wolfram, rhenium, platina og/eller niob.
Riktignok er det kjent å bruke tilsvarende fremgangsmåter til utfelling av diamantsjikt. Også prosesser til utfelling av amorft silisium for solceller og prosesser til utfelling av silisiumnitrid som kjemisk mekanisk pasifiserings-, altså beskyttelsessjikt for integrerte halvlederbyggeelementer. Riktignok ble ved utformingen av tilsvarende beskyttelsessjikt for halvlederbyggeelementer passet på at en kontaminasjon gjennom metaller blir utelukket, da kvaliteten på halvlederbyggeelementet ellers ville bli påvirket negativt (H. Matsumura, Jpn. J. Appl. Phys. 37, s. 3175, 1998).
Spesielt forutser oppfinnelsen å felle ut hydrogenholdige doserte overflatesjikt silisiumsubstrater med stor flate. Her kan silisiumsubstratet med stor flate bli påført et bærermateriale som tynt silisiumsjikt. Som bærermateriale er det spørsmål om en glassplate, en keramikkplate, et metallblikk eller en polymerfolie. Selve silisiumsubstratet kan ha en mikrokrystallinsk, amorf eller multikrystallinsk krystallstruktur.
Den muligheten består også å utforme silisiumsubstrat med stor overflate av en monokrystallinsk eller multikrystallinsk silisiumskive. Spesielt er det spørsmål om en slik som silisiumfolie som blir fremstilt etter EFG-fremgangsmåten (Edge-defined Film-fed Growth). Uavhengig av dette kan silisiumsubstratet med stor overflate ha en p-n-overgang.
Gjennom innstillingen av sjiktparametere som trykk, temperaturen til dopingstoffmetallet, gassammensetningen, oksygenpartialtrykk, substrattemperatur, avstanden mellom metall og substrat og metallgeometri kan en ønsket dosering for SiNxOy-sjiktet foregå med dopingsstoffet som spesielt er et refraktærmetall. Spesielt skulle arbeidsparameterne ligge i områdene:
For å utforme SiNxOy-sjiktet med den målrettede doseringen av dopingstoffet kan det foregå en kontinuerlig eller statisk drift. Det første betyr at substratet med avkoplet sjiktpåføringskilde som består av varmmetall og også gass-til- og -bortføring blir brakt • inn i sjiktpåføringsområdet, hvorved utformingen av sjiktet foregår med stillestående substrat. Alternativt består muligheten å påføre sjiktet taktet, det betyr at substratet med sjiktpåføringskilden i drift blir brakt inn i sjiktpåføringsområdet, påført sjiktet der og deretter blir fjernet igjen. Til slutt er en kontinuerlig gjennomløpsprosess mulig, hvor
substratet kontinuerlig blir brakt inn i sjiktpåføringsområdet, ført gjennom dette og igjen i blir fjernet fra dette.
Spesielt kan en forandring av støkiometrien i sjiktsammensetningen av silisiumnitrid foregå gjennom forandring av parametrene gassammensetning, trykk, metalltemperatur og samlet gasstrøm, hvorved støkiometrien blir variert mellom 0,1 og 1,5. Også en forandring av støkiometrien i sjiktsammensetningen over sjikttykkelsen gjennom forandring over tid av parametergassammensetningen, trykk, metalltemperatur og samlet gasstrøm under en statisk sjiktpåføring er mulig. Også gjennom en romlig forandring av parametrene gassammensetning, trykk, metalltemperatur, metallgeometri og samlet gasstrøm langs sjiktpåføringsstrekningen er en målrettet støkiometriinnstilling mulig. Sammensetningen av prosessgassene uten gjennomstrømningsrate (Closed-Chamber-Deposition) kan foregå over reaksjonshastigheten for utfellingen.
Fordelene som kan oppnås på grunn av oppfinnelsen skal tydeliggjøres ved hjelp av den etterfølgende tabellen. Slik kunne det ved fremstillingen av EFG-solceller med hydrogenholdig SiNxOy-overflatesjikt overraskende bli funnet en korrelasjon for solcellevirkningsgraden (Eta) med innholdet av wolfram som dopingstoff i SiNxOy-sjiktet.
Som tabellen viser har alle gruppene sammenlignbare silisium- nitrogen- og hydrogenkonsentrasjoner. Signifikante variasjoner kan observeres i oksygen-, jern- og wolframkonsentrasjonene. Såvel en forhøyet oksygen- (gruppe 5) som også en forhøyet jernkonsentrasjon (gruppe 3) i SiN-sjiktene fører ikke til noen forbedring av solcellevirkningsgraden sammenlignet med referansegruppene med lavt innhold av forurensninger (gruppe 1 og 2). Alle disse gruppene har virkningsgrader mellom 13,34 % og 13,50 %. Derimot korrelerer den påviste forhøyde wolframkonsentrasjonen i gruppe 4 tydelig med en 0,6 % absolutt høyere virkningsgrad for solcellene på 14,04 %.
Blir det for gruppe 4 en wolframkonsentrasjon på ca. IO19cm"<3> så må det bemerkes at en effekt opptrer allerede ved mye lavere konsentrasjoner, da hydrogen kan diffundere meget godt og dermed at få fremmedatomer fører til et høyt antall aktiverte hydrogenatomer. En nedre grense for virksomheten til en fremmestoffdosering burde ligge i størrelsesordenen fra IO<14> til 1015 cm"<3>.
Årsaken til den bedre virkningsgraden for solcellene med W-dopet SiNxOy-sjikt kan muligens bero på tre mekanismer. For det første kan wolframatomene under fremstillingen av sjiktene virke som katalysator og derigjennom positivt påvirke den
pågående vekstreaksjonen (f.eks. er det tenkelig at i nærvær av wolfram gjennom oppspalting av molekylært hydrogen innstiller N-H-bindinger eller Si-H-bindinger en høyere konsentrasjon av atomært hydrogen. Dette kan spesielt føre til en forbedret elektronisk overflatepasifisering.).
For det andre kan wolframatomene under den etterfølgende høytemperatur-behandlingen igjen som katalysator gjennom spalting av molekylært hydrogen, N-H-bindinger eller Si-H-bindinger føre til en økt konsentrasjon av atomært hydrogen og derigjennom spesielt fremmer hydrogen-volumpasifiseringen.
For det tredje kan wolframatomer mens sjiktet dannes føre til en kim dannelse av krystallinsk silisiumnitrid og derigjennom føre til en positiv strukturforandring i hele sjiktet.
På grunn av wolframdopingen i det hydrogenholdige overflatesjiktet foregår i tillegg aktivering av hydrogen til volum- og overflatepasifisering. Istedenfor wolfram er det spesielt spørsmål om alle refraktærmetallene med lignende kjemiske egenskaper som Mo, Ta, Pt eller Re. Videre er alle fremmedatomer eller fremmedmolekyler egnet som som wolfram fører til en ytterligere aktivering av hydrogen. Som eksempel kan spesielt karbon nevnes. Men fremmedatomer som angår oppfinnelsen som gir en overflate- og volumpasifisering er ikke oksygen eller hydrogen.
Til fremstillingen av solceller må de dopede hydrogenholdige overflatesj iktene bli felt ut med stor overflate alt etter solcelletype på forskjellige silisiumsubstrater. Til dette kan parallellplateteknikken som er tilgjengelig i industriell målestokk bli anvendt, i tilfelle tilsvarende gasstilsetninger blir benyttet som fører til en utfelling av ønskede fremmedatomer i de påførte sjiktene. Da denne sjiktpåføringsfremgangsmåten allerede ble utviklet for meget forskjellige substrattyper er utfellingen av dopede sjikt på alle disse substrattypene og dermed også mulig på solceller av tynne silisiumsjikt som benytter disse bærermaterialene. Som bærermaterialer kommer her glassplater, keramikkplater, metallblikk eller polymerfolier i betraktning. Med substratuavhengige sjiktpåføringsfrem-gangsmåter som remote-mikrobølgeplasma- eller LPCVD-teknikk kan dopede hydrogenholdige sjikt prinsipielt bli utfelt på alle slags substrater.
Dermed er oppfinnelsen egnet for alle arter halvlederbyggeelemnter med stor overflate, men spesielt silisiumsolceller med mikrokrystallinsk, amorf eller multikrystallinsk krystallstruktur i form av folier (f.eks. EFG). skiver eller tynne sjikt på et bæremateriale. Spesielt er egnetheten gitt for pasifiseringen av store flater pn-overganger.
Oppfinnelsen blir i det etterfølgende forklart nærmere ved hjelp av utformingseksempler.
Eksempel 1: Utgangsmaterialet er en 100 mm x 100 mm stor bor-dopet silisiumskive med tykkelse 300 um med en ledningsevne på ca. 5 £icm og en ensidig fosfordiffusjon med en emittersjiktmotstand på ca. 40 Q/sq.
Denne skiven blir brakt inn i et vakuumkammer og varmet opp ved et trykk på mindre enn 5 • 10'<3> mbar til 300 °C. Skiven ligger i vakuumkammeret på en horisontal edelstålplate utstyrt med varmeviklinger. Ca. 100 mm over skiven befinner det seg et loddrett kvartsglassrør med en diameter på 20 mm som går gjennom veggen til vakuumkammeret.
Etter oppvarmingen av skiven blir det gjennom kvartsrøret ledet inn ammoniakk i kammeret. Ca. 20 mm til side for kvartsrøret befinner det seg et annet glassinnløp, hvor det over en fordelerdyse blir ledet inn silan i kammeret. Blandingsforholdet for gassene er 1:2 (silan : ammoniakk). Trykket i kammeret blir regulert med en stillventil i gassutløpet til 3 • 10 "2 mbar.
Kvartsglassrøret er utenfor vakuumkammeret omgitt av en mikrobølgeresonator. I denne blir det koplet inn 120 W mikrobølgeeffekt (frekvens 2,54 GHz), hvorved det inne i glassrøret dannes et ammoniakkplasma. Direkte ved utgangen til kvartsglassrøret befinner det seg en platinavikling som blir varmet opp til 1900 °C og som blir overstrømmet av ammoniakken som er blitt eksitert i kvartsglassrøret.
Den eksiterte ammoniakken reagerer med silan til silisiumnitrid som felles ut på silisiumskiven. Fra den oppvarmede platinaviklingen damper det av platinaatomer som blir bygget inn i silisiumsjiktet og slik fører til en doping av sjiktet ifølge oppfinnelsen. Sjiktpåføringsprosessen blir utført inntil det innstiller seg en tykkelse på silisiumnitridsjiktet på 75 nm.
Den videre bearbeidingen av vaflene til solceller påført på denne måten fører til virkningsgrader større enn 14,5 %.
Eksempel 2: Utgangsmateriale er en 100 mm x 100 mm stor bor-dopet silisiumskive med tykkelse 300 (im med en ledningsevne på ca. 5 Qcm og en ensidig fosfordiffusjon med en emittersjiktmotstand på ca. 40 Q/sq.
Denne skiven blir brakt inn i et vakuumkammer og varmet opp ved et trykk på mindre enn 5 • 10 "<3> mbar til 300 °C. Skiven ligger i vakuumkammeret på en horisontal sirkelrund edelstålplate med en diameter på 300 mm utstyrt med varmeviklinger. Ca. 20 mm over skiven befinner det seg en sirkelrund edelstålplate med en diameter på 300 mm som omfatter jevnt fordelte gassutløpsåpninger med en diameter på 0,5 mm.
Etter oppvarmingen av skiven blir det gjennom den øvre edelstålplaten ledet inn ammoniakk, silan og metan i kammeret. Blandingsforholdet for gassene er 1:2:0,001 (silan : ammoniakk : metan). Trykket i kammeret blir regulert med en stillventil i gassutløpet til 5 • 10 "2 mbar.
Mellom den nedre og den øvre edelstålplaten blir det pålagt en vekselspenning på 700 V (frekvens 100 kHz), slik at det mellom de to platene dannes et plasma.
Den eksiterte ammoniakken reagerer med silan til silisiumnitrid som felles ut på silisiumskiven. Metanmolekylene reagerer med plasma-radikalene på en slik måte at karbonet blir bygget inn i silisiumsjiktet og slik fører til en doping av sjiktet ifølge oppfinnelsen. Sjiktpåføringsprosessen blir utført inntil det innstiller seg en tykkelse på silisiumnitridsjiktet på 75 nm.
Den videre bearbeidingen av vaflene til solceller påført på denne måten fører til virkningsgrader større enn 14,6 %.
Claims (34)
1. Fremgangsmåte for fremstilling av en solcelle under utformingen av et sjikt som inneholder hydrogenholdig silisium i form av et pasifiserings- og/eller antirefleksjonssjikt på en skive eller folie som består av silisium eller et substrat som inneholder dette, karakterisert ved at ved utformingen av sjiktet som inneholder silisium i form av SiNxOy med 0<x<l,5og0<y<2, blir ett eller flere katalytisk virkende dopingstoff målrettet lagret inn i dette med en konsentrasjonen C som er 1 • IO<14> cm"<3> < C < 1 • IO<21>cm"<3>.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at SiNxOy-sjiktet blir utformet med middelverdiene for sjikttykkelsen fra 0,1 < x < 1,5 og 0,01 < y < 2.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dopingstoffet hhv dopingstoffene blir lagret inn med en konsentrasjon C på 1 • IO<16> cm'<3> < C < 1 • IO<19> cm<3>.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dopingstoffet hhv.
dopingstoffene blir lagret inn med en gradient over tykkelsen på SiNxOy-sjiktet, hvorved spesielt konsentrasjonen C for dopingstoffet hhv. dopingstoffene øker med økende sjikttykkelse i området mellom 1 • IO<14> cm"<3> < C < 1 • IO<19>cm"<3>.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dopingstoffet hhv.
dopingstoffene blir lagret inn homogent fordelt i SiNxOy-sjiktet.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som dopingstoff blir anvendt atomer fra rekken av refraktærmetallene eller som omfatter disse.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som dopingstoff blir anvendt molybden, tantal, wolfram, platina, rhenium eller carbon eller forbindelser av disse.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at substratet blir påført en glassplate, en keramikkplate, en metallplate eller polymerfolie.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at substratet som består av silisium har en mikrokrystallinsk, en amorf eller en multikrystallinsk krystallstruktur.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at substratet består av en monokrystallinsk eller multikrystallinsk silisiumskive eller av en silisiumfolie.
11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at som silisiumfolie blir det anvendt en folie fremstilt ifølge EFG-fremgangsmåten (Edge-defined Film-fed Growth).
12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at som dopingstoff blir det anvendt wolfram og/eller WOx med 0 < x < 3.
13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at som dopingstoff blir det anvendt et slikt som spalter katalytisk gasser som silan, disilan, hydrogen, ammonium eller hydrasin som blir anvendt til å utforme SiNxOy-sjiktet.
14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det hydrogenholdige SiNxOy-sjiktet består av amorft hydrogenisert silisiumnitrid.
15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at SiNxOy-sjiktet er utformet homogent.
16. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at SiNxOy-sjiktet varierer i tykkelse, hvorved x i området mellom 0,6 til 1,3 og y i området mellom 0,1 og 1,0 øker med sjikttykkelsen.
17. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at SiNxOy-sjiktet blir utformet slik at dets tykkelse ligger i området mellom 30 nm og 150 nm, spesielt i området mellom 50 nm og 110 nm.
18. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det hydrogenholdige SiNxOy-sjiktet gjennom påvirkning av gassformede og hydrogenholdige silisium- og nitrogenforbindelser, fortrinnsvis silan, disilan, hydrogen, ammoniakk og hydrasin blir dannet på varme refraktærmetaller.
19. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at SiNxOy-sjiktet blir utformet 1 et reaksjonskammer, hvor det hersker et trykk P på 0,1 Pa <= P <= 1000 Pa.
20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at trykket P i reaksjonskammeret blir innstilt på 1 Pa <= P <= 200 Pa.
21. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tykkelsen på det hydrogenholdige SiNxOy-sjiktet blir innstilt gjennom beleggsparametere som trykk, metalltemperatur, gassammensetning, oksygenpartialtrykk, substrattemperatur, avstand mellom metall og substrat og/eller metallgeometri.
22. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at metallet som danner dopingstoffet hhv. dopingstoffene blir innstilt på en temperatur mellom 1 500 °C og 2 500 °C.
23. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at gassammensetningen blir innstilt slik at forholdet mellom silisiumholdige og nitrogenholdige reaksjonsgasser er 0,001 til 1,0.
24. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at oksygenpartialtrykket blir innstilt på en verdi p med 0 < p <= 20 Pa.
25. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at substratet blir innstilt på en temperatur mellom 20 °C og 600 °C.
26. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at avstanden mellom metallet og substratet blir innstilt på mellom 1 mm og 100 mm.
27. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at som metall blir det anvendt et slikt med geometri som en stav, en tråd og/eller en plate.
28. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det hydrogenholdige SiNxOy-sjiktet blir utformet i statisk beleggsdrift.
29. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det hydrogenholdige SiNxOy-sjiktet blir utformet i taktet beleggsdrift.
30. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at SiNxOy-sjiktet blir utformet på substratet i kontinuerlig gjennomstrømningsbeleggsdrift.
31. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at sammensetningen av prosessgassene blir innstilt uten gjennomstrømningsrate over reaksjonshastighet for utfellingen.
32. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at støkiometrisammen-setningen for SiNxOy-sjiktet blir innstilt gjennom forandring av parametrene gassammensetning, trykk, metalltemperatur og/eller samlet gassgjennomstrømning.
33. Fremgangsmåte ifølge krav 28, karakterisert ved at støkiometriforandringen for sjiktsammensetningen til SiNxOy-sjiktet over dets tykkelse blir innstilt gjennom forandring over tid av parametrene gassammensetning, trykk, metalltemperatur og/eller samlet gassgjennomstrømning under den statiske beleggingen.
34. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at støkiometriforandringen for sjiktsammensetningen til SiNxOy-sjiktet over dets tykkelse blir innstilt gjennom romlig forandring av parametrene gassammensetning, trykk, metalltemperatur, metallgeometri og/eller samlet gassgjennomstrømning over beleggstrekningen.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10152707A DE10152707B4 (de) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20025034D0 NO20025034D0 (no) | 2002-10-18 |
| NO20025034L NO20025034L (no) | 2003-04-22 |
| NO325995B1 true NO325995B1 (no) | 2008-09-01 |
Family
ID=7703699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20025034A NO325995B1 (no) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Fremgangsmate for fremstilling av en solcelle |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6746709B2 (no) |
| EP (1) | EP1304748B1 (no) |
| JP (1) | JP4020748B2 (no) |
| AT (1) | ATE465517T1 (no) |
| DE (2) | DE10152707B4 (no) |
| ES (1) | ES2344936T3 (no) |
| NO (1) | NO325995B1 (no) |
| PT (1) | PT1304748E (no) |
| TW (1) | TW561629B (no) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7691199B2 (en) * | 2004-06-18 | 2010-04-06 | Memc Electronic Materials, Inc. | Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material |
| US7344594B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-03-18 | Memc Electronic Materials, Inc. | Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material |
| US7465351B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-12-16 | Memc Electronic Materials, Inc. | Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material |
| US7629236B2 (en) * | 2004-08-26 | 2009-12-08 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Method for passivating crystal silicon surfaces |
| US8916768B2 (en) * | 2005-04-14 | 2014-12-23 | Rec Solar Pte. Ltd. | Surface passivation of silicon based wafers |
| KR100900443B1 (ko) * | 2006-11-20 | 2009-06-01 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 그의 제조방법 |
| KR100974220B1 (ko) * | 2006-12-13 | 2010-08-06 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 |
| KR100833675B1 (ko) * | 2007-01-30 | 2008-05-29 | (주)실리콘화일 | 반투명 결정질 실리콘 박막 태양전지 |
| US8642450B2 (en) * | 2007-11-09 | 2014-02-04 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Low temperature junction growth using hot-wire chemical vapor deposition |
| EP2088630A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-12 | Applied Materials, Inc. | Photovoltaic device comprising a sputter deposited passivation layer as well as method and apparatus for producing such a device |
| DE102009008371A1 (de) * | 2009-02-11 | 2010-08-12 | Schott Solar Ag | Integraler Prozeß von Waferherstellung bis Modulfertigung zur Herstellung von Wafern, Solarzellen und Solarmodulen |
| SG175752A1 (en) * | 2009-04-21 | 2011-12-29 | Tetrasun Inc | High-efficiency solar cell structures and methods of manufacture |
| GB2471128A (en) * | 2009-06-18 | 2010-12-22 | Rec Solar As | Surface passivation of silicon wafers |
| WO2011005586A2 (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Buttress David G | Apparatus and method for joining solar receiver tubes |
| WO2011025925A2 (en) * | 2009-08-30 | 2011-03-03 | David Buttress | Apparatus and method for field welding solar receiver tubes |
| DE102009044052A1 (de) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Schott Solar Ag | Kristalline Solarzelle, Verfahren zur Herstellung einer solchen sowie Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls |
| US20110192316A1 (en) | 2010-02-05 | 2011-08-11 | E-Chem Enterprise Corp. | Electroless plating solution for providing solar cell electrode |
| CN103165744B (zh) * | 2011-12-19 | 2016-02-17 | 中建材浚鑫科技股份有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池片的制造方法 |
| US9978902B2 (en) | 2013-11-19 | 2018-05-22 | Institutt For Energiteknikk | Passivation stack on a crystalline silicon solar cell |
| NO341687B1 (no) * | 2013-11-19 | 2017-12-18 | Inst Energiteknik | Passiveringssabel på en solcelle av krystallinsk silisium |
| GB2521457A (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | Isis Innovation | Charge stabilized dielectric film for electronic devices |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4253881A (en) * | 1978-10-23 | 1981-03-03 | Rudolf Hezel | Solar cells composed of semiconductive materials |
| DE3725338A1 (de) * | 1987-07-30 | 1989-02-09 | Nukem Gmbh | Verkapselung von einem photovoltaischem element |
| JP3141805B2 (ja) * | 1997-01-20 | 2001-03-07 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP3132489B2 (ja) * | 1998-11-05 | 2001-02-05 | 日本電気株式会社 | 化学的気相成長装置及び薄膜成膜方法 |
| JP2002075992A (ja) * | 2000-09-01 | 2002-03-15 | Fujitsu Ltd | シリコン窒化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| US6407013B1 (en) * | 2001-01-16 | 2002-06-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Soft plasma oxidizing plasma method for forming carbon doped silicon containing dielectric layer with enhanced adhesive properties |
-
2001
- 2001-10-19 DE DE10152707A patent/DE10152707B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-10-15 AT AT02022993T patent/ATE465517T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-10-15 ES ES02022993T patent/ES2344936T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-15 PT PT02022993T patent/PT1304748E/pt unknown
- 2002-10-15 EP EP02022993A patent/EP1304748B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-15 DE DE50214383T patent/DE50214383D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-17 TW TW091123924A patent/TW561629B/zh not_active IP Right Cessation
- 2002-10-18 US US10/273,182 patent/US6746709B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-10-18 JP JP2002304363A patent/JP4020748B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-10-18 NO NO20025034A patent/NO325995B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10152707A1 (de) | 2003-05-08 |
| NO20025034L (no) | 2003-04-22 |
| DE50214383D1 (de) | 2010-06-02 |
| DE10152707B4 (de) | 2004-08-26 |
| EP1304748A2 (de) | 2003-04-23 |
| ATE465517T1 (de) | 2010-05-15 |
| EP1304748B1 (de) | 2010-04-21 |
| ES2344936T3 (es) | 2010-09-10 |
| PT1304748E (pt) | 2010-07-21 |
| NO20025034D0 (no) | 2002-10-18 |
| JP4020748B2 (ja) | 2007-12-12 |
| US20040081747A1 (en) | 2004-04-29 |
| TW561629B (en) | 2003-11-11 |
| US6746709B2 (en) | 2004-06-08 |
| EP1304748A3 (de) | 2007-05-09 |
| JP2003158283A (ja) | 2003-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO325995B1 (no) | Fremgangsmate for fremstilling av en solcelle | |
| US7846762B2 (en) | Integrated emitter formation and passivation | |
| Faller et al. | High-temperature CVD for crystalline-silicon thin-film solar cells | |
| US8124502B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device and semiconductor device manufacturing installation | |
| US6124545A (en) | Thin film solar cell | |
| Menous et al. | Silicon nitride film for solar cells | |
| KR20110086833A (ko) | 반도체 소자 제조 방법, 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 설비 | |
| JP5269414B2 (ja) | 大気圧水素プラズマを用いた膜製造方法、精製膜製造方法及び装置 | |
| CN102534570A (zh) | 一种等离子体增强化学气相沉积微晶硅薄膜的方法 | |
| JP2004296598A (ja) | 太陽電池 | |
| Bau | High-temperature CVD silicon films for crystalline silicon thin-film solar cells | |
| Honma et al. | Properties of hydrogenated amorphous germanium nitrogen alloys prepared by reactive sputtering | |
| Branz et al. | Doped hydrogenated amorphous silicon films by laser‐induced chemical vapor deposition | |
| Zhang et al. | Growth characteristics of SiC in a hot-wall CVD reactor with rotation | |
| KR100411897B1 (ko) | 반도체박막 및 박막 디바이스 | |
| EP2558612A1 (en) | A method and apparatus for depositing a microcrystalline material in photovoltaic applications | |
| JPH05259081A (ja) | 気相成長装置およびその薄膜形成方法 | |
| Monna et al. | Silicon thin films obtained by rapid thermal atmospheric pressure chemical vapour deposition | |
| Kunz et al. | Silicon carbide barrier layer on ceramic substrates for crystalline silicon thin-film modules with an integrated series connection | |
| JP4256522B2 (ja) | シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法 | |
| Barrioz et al. | A comparison of in situ As doping with ex situ CdCl2 treatment of CdTe solar cells | |
| Stradins et al. | Comparative study of solid-phase crystallization of amorphous silicon deposited by hot-wire CVD, plasma-enhanced CVD, and electron-beam evaporation | |
| Keller et al. | Process Optimization and Solar Cell Results of ConCVD Epitaxial Layers | |
| Sharif et al. | Epitaxial silicon thin films by low-temperature aluminum induced crystallization of amorphous silicon for solar cell applications | |
| Sridhar et al. | Kinetics of hydrogen evolution and crystallization in hydrogenated amorphous silicon films studied by thermal analysis and Raman scattering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: SCHOTT SOLAR GMBH, DE |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |