RU2444087C2

RU2444087C2 - Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions)

Info

Publication number: RU2444087C2
Application number: RU2009145908/28A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков; Виталий Викторович Заддэ (RU); Виталий Викторович Заддэ
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2012-02-27
Also published as: RU2009145908A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to a semiconductor photoconverter, having an array of microelements which are successively interconnected by contacts, said microelements having a base region, doped regions in form of n⁺-p-p⁺ (p⁺-n-n⁺) diode structures and an antireflective film, a n⁺-p (p-n) junction plane, p-p⁺(n-n⁺) isotype junctions and contacts with doped n⁺ (p⁺) regions perpendicular to two working sides on which radiation falls, and one or two linear dimensions of each microelement are comparable with the diffusion length of minority charge carriers in the base region; each microelement has along the working sides a region with additional p-p⁺(n-n⁺) isotype junctions separated from the n⁺-p (p⁺-n) junctions and isotype junctions by an interval whose width is at least 10 times less than the size of the microelement, and an area of the base and doped n⁺ (p⁺) regions on the working sides has a passivating antireflective film.

EFFECT: high efficiency and low cost of making photoelectric converters consisting of multiple micro-photoconverters.

6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФП).The invention relates to the field of design and manufacturing technology of optoelectronic devices, namely semiconductor photoelectric converters (FP).

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП в виде диодной структуры с р-п-переходом на всей рабочей поверхности, токосъемными металлическими контактами к легированному слою в форме гребенки, сплошным тыльным контактом и антиотражающим покрытием на лицевой (рабочей) стороне (книга «Полупроводниковые фотопреобразователи» Васильев A.M., Ландсман А.П., М., «Советское Радио», 1971 г.). Процесс изготовления ФП основан на диффузионном легировании рабочей поверхности фосфором, химическом осаждении никелевого контакта, избирательном травлении контактного рисунка и нанесении антиотражающего покрытия. Недостатком получаемых ФП является сравнительно большая глубина р-п-перехода и, как следствие, невысокое значение их КПД.A known design and method of manufacturing silicon phase transitions in the form of a diode structure with a pn junction on the entire working surface, current collector metal contacts to the doped layer in the form of a comb, a solid back contact and an antireflective coating on the front (working) side (book "Semiconductor photoconverters" Vasiliev AM, Landsman AP, M., "Soviet Radio", 1971). The FP manufacturing process is based on diffusion doping of the working surface with phosphorus, chemical deposition of the nickel contact, selective etching of the contact pattern and the application of an antireflection coating. The disadvantage of the obtained phase transitions is the relatively large depth of the pn junction and, as a consequence, the low value of their efficiency.

Известна конструкция и способ изготовления кремниевых ФП с мелкозалегающим р-п-переходом на большей части рабочей поверхности и глубоким р-п-переходом под металлическими контактами на рабочей поверхности (Green M.A., Blakers A.W. et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987. - P.49-52). Процесс изготовления включает проведение следующих операций на рабочей поверхности: диффузионное легирование на глубину менее 0,5 мкм, термическое окисление, лазерное скрайбирование канавок, химическое травление кремния в канавках, диффузионное легирование поверхности канавок на глубину более 1 мкм и электрохимическое осаждение никеля и меди в канавки. Недостатком получаемых ФП является поглощение коротковолновой части падающего излучения легированным слоем, имеющим низкий коэффициент собирания носителей тока к р-п-переходу и, как следствие, недостаточно высокое КПД ФП.A known construction and method for manufacturing silicon phase transitions with a shallow pn junction on most of the working surface and a deep pn junction under metal contacts on the work surface (Green MA, Blakers AW et al. Improvements in flat-plate and concentrator silicon solar cell efficiency // 19th IEEE Photovolt. Spec. Conf., New Orleans, 1987. - P.49-52). The manufacturing process includes the following operations on the working surface: diffusion alloying to a depth of less than 0.5 microns, thermal oxidation, laser scribing of grooves, chemical etching of silicon in the grooves, diffusion alloying of the surface of the grooves to a depth of more than 1 micron, and electrochemical deposition of nickel and copper into the grooves . The disadvantage of the obtained phase transitions is the absorption of the short-wavelength part of the incident radiation by the doped layer, which has a low carrier collection coefficient for the pn junction and, as a consequence, the low efficiency of the phase transition.

Известна конструкция и способ изготовления ФП с пассивирующей, антиотражающей (просветляющей) пленкой на фоточувствительной поверхности, свободной от легированных слоев и контактов, которые создаются на тыльной стороне в виде чередующихся, сильно легированных областей, образующих р-п-переходы и изотипные переходы (Sinton R.A., Swanson R.M. An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19^th IEEE Photovolt. Spec. Conf, New Orleans, 1987. N.Y., 1987. - P.1201-1208). Недостатком этих ФП является необходимость неоднократного проведения операций фотолитографического травления с совмещением рисунка шаблона, что усложняет процесс изготовления и повышает стоимость ФП.A known design and method for manufacturing a phase transition with a passivating, antireflective (antireflective) film on a photosensitive surface free of doped layers and contacts that are created on the back in the form of alternating, heavily doped regions forming pn junctions and isotype transitions (Sinton RA , Swanson RM An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell // 19 ^th IEEE Photovolt. Spec. Conf, New Orleans, 1987. NY, 1987. - P.1201-1208). The disadvantage of these FPs is the need for repeated photolithographic etching operations with the combination of the pattern, which complicates the manufacturing process and increases the cost of the FP.

Известна конструкция и способ изготовления ФП из кремния с гетеропереходом на лицевой стороне и изотипном гетеропереходом на обратной стороне (Kanno H. at ol. Over 22% efficient HIT solar cell // 23^rdEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 September 2008, Valencia. Spain, p.1136-1139.). Широкозонные слои из аморфного кремния наносят на пластины кремния из паровой фазы, активированной плазменным разрядом. Поверх широкозонного слоя наносят прозрачную электропроводящую просветляющую пленку и сетчатые токосъемные контакты. Недостатком этих ФП является не фотоактивное поглощение излучения в широкозонных слоях, что снижает величину фототока и КПД.A known design and method for manufacturing FP from silicon with a heterojunction on the front side and an isotype heterojunction on the back side (Kanno H. at ol. Over 22% efficient HIT solar cell // 23 ^rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 September 2008, Valencia . Spain, p.1136-1139.). Wide-gap layers of amorphous silicon are applied to silicon wafers from a vapor phase activated by a plasma discharge. A transparent electrically conductive antireflection film and mesh current collector contacts are applied over the wide-gap layer. The disadvantage of these phase transitions is the non-photoactive absorption of radiation in wide-gap layers, which reduces the photocurrent and efficiency.

Известна конструкция и способ изготовления ФП (патент РФ №2331139) с двухсторонней фоточувствительной рабочей поверхностью с диодной п⁺-р-р⁺ структурой, у которого конфигурация и площадь контактов на тыльной стороне совпадают в плане и не превышают 10% общей площади, а толщина фотопреобразователя соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, диодные структуры, выполнены в виде отдельных скоммутированных контактами участков, совмещены в плане на рабочей и тыльной поверхности с участками, на которые нанесены контакты, расстояние между отдельными соседними участками с п⁺-р (р⁺-п) переходами на рабочей поверхности не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области и на рабочей поверхности, свободной от п⁺-р (р⁺-п) перехода, расположена пассивирующая, антиотражающая пленка.A known design and method of manufacturing an FP (RF patent No. 2331139) with a two-sided photosensitive working surface with a diode p ⁺ -p-p ⁺ structure, in which the configuration and contact area on the back side coincide in plan and do not exceed 10% of the total area, and the thickness the photoconverter is commensurate with the diffusion length of minority current carriers in the base region, the diode structures are made in the form of separate sections connected by contacts, aligned in plan on the working and back surfaces with the sections on which are applied Here, contacts, the distance between the individual adjacent portions with n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions to the working surface is less than twice the diffusion length of minority carriers in the base region and on a work surface, free from n ⁺ -p (p ⁺ -n) transition, a passivating, antireflection film is located.

Недостатком этой конструкции является повышенные потери на сопротивлении металлических контактов и недостаточно высокое значение напряжения, что снижает величину КПД, а также необходимость использования при изготовлении высоких температур и дорогостоящего кремния высокой степени чистоты.The disadvantage of this design is the increased loss on the resistance of the metal contacts and the insufficiently high voltage value, which reduces the value of the efficiency, as well as the need to use high-purity and expensive silicon in the manufacture of high temperatures.

В качестве прототипа принята конструкция и способ изготовления фотоэлектрического генератора (А.с. №288163 СССР, 1967 г., МПК H01L 31/042), выполненного в виде матрицы из скоммутированных последовательно микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости р-n переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора. Известный способ изготовления состоит из диффузионного легирования и создания диодной структуры с р-п переходом и изотипным переходом на разных сторонах пластин полупроводника, металлизации двух сторон пластин, соединения пластин с помощью контактов в стопку, резки стопки пластин на матричные структуры, обработки поверхности и нанесения просветляющего покрытия.As a prototype, a design and a method of manufacturing a photovoltaic generator (A.S. No. 288163 USSR, 1967, IPC H01L 31/042), made in the form of a matrix of sequentially connected microphototransducers in which one or two linear sizes are comparable with the diffusion length, is adopted minority current carriers in the base region, and the plane of pn junctions are perpendicular to the working surface of the generator. A known manufacturing method consists of diffusion alloying and creating a diode structure with a pn junction and an isotypic junction on different sides of the semiconductor wafers, metallization of the two sides of the wafers, joining the wafers using contacts into a stack, cutting a stack of wafers into matrix structures, surface treatment and applying antireflective coverings.

Недостатком указанного фотоэлектрического генератора является недостаточно высокие значения тока и напряжения и недостаточно высокая эффективность преобразования солнечного излучения. Кроме того, необходимость использования высокой температуры при диффузионном легировании повышает себестоимость изготовления.The disadvantage of this photoelectric generator is not high enough current and voltage and not high enough conversion efficiency of solar radiation. In addition, the need to use high temperature during diffusion alloying increases the cost of manufacturing.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД и снижение стоимости изготовления фотоэлектрических генераторов, состоящих из множества микрофотопреобразователей.The objective of the invention is to increase the efficiency and reduce the cost of manufacturing photovoltaic generators consisting of many microphototransducers.

Технический результат достигается тем, что в полупроводниковом фотопреобразователе, содержащем матрицу из скоммутированных последовательно с помощью контактов микроэлементов с базовой областью, легированными областями в виде диодных п⁺-р-p⁺ (р⁺-п-п⁺) структур и просветляющей пленкой, плоскости п⁺-р (р⁺-п) переходов, изотипных р-p⁺ (п-п⁺) переходов и контактов к легированным п⁺(р⁺) областям перпендикулярны к двум рабочим сторонам, на которые падает излучение, а один или два линейных размера каждого микроэлемента соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, каждый микроэлемент содержит вдоль рабочих сторон области с дополнительными изотопными р-p⁺ (п-п⁺) переходами, отделенными от п⁺-р (р⁺-п) переходов и изотопных переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше размера микроэлемента, а участки базовой и легированных п⁺(p⁺) областей на рабочих сторонах содержат пассивирующую просветляющую пленку.The technical result is achieved by the fact that in a semiconductor photoconverter containing a matrix of microelements sequentially switched by contacts of the base region, doped regions in the form of diode n ⁺ -p-p ⁺ (p ⁺ -n-p ⁺ ) structures and an antireflective film, a plane n ⁺ p (p ⁺ -n) of transitions isotype p-p ⁺ (p-n ⁺⁾ transitions and contacts to the n ⁺ doped (p ⁺⁾ regions are perpendicular to the two working sides on which the radiation falls, and one or two the linear sizes of each trace element are commensurate with diffusion th length of minority carriers in the base region, each microcell comprises, along the sides of working area with additional isotopic p-p ⁺ (p-n ⁺⁾ transitions separated from the n ⁺ -p (p ⁺ -n) of transitions and isotopic transition gap width which is at least 10 times smaller than the size of the trace element, and the areas of the base and doped n ⁺ (p ⁺ ) areas on the working sides contain a passivating antireflection film.

По другому варианту в полупроводниковом фотопреобразователе, содержащем матрицу из скоммутированных последовательно с помощью контактов микроэлементов с базовой областью, легированными областями в виде диодных п⁺-р-p⁺ (р⁺-п-п⁺) структур и просветляющей пленкой, плоскости п⁺-р (р⁺-п) переходов, изотопных р-p⁺ (п-п⁺) переходов и контактов к легированным п⁺(р⁺) областям перпендикулярны к двум рабочим сторонам, на которые падает излучение, а один или два линейных размера каждого микроэлемента соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, каждый микроэлемент содержит вдоль рабочих сторон области с дополнительными п⁺-р (р⁺-п) переходами, отделенными от п⁺-р (p⁺-п) переходов и изотипных p-p⁺(п-п⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше размера микроэлемента, а участки базовой и легированных п⁺(р⁺) областей на рабочих сторонах, содержат пассивирующую просветляющую пленку.In another embodiment, in a semiconductor photoconverter containing a matrix of microelements sequentially connected by contacts of the base region, doped regions in the form of diode n ⁺ -p-p ⁺ (p ⁺ -n-n ⁺ ) structures and an antireflective film, the n ⁺ - plane p (p ⁺ -n) transitions, isotopic p-p ⁺ (pn ⁺ ) junctions and contacts to doped n ⁺ (p ⁺ ) regions are perpendicular to the two working sides on which the radiation is incident, and one or two linear sizes of each trace element commensurate with the diffusion length of minor but Ithel charge in the base region, each microcell comprises, along the sides of working area with additional n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions separated from the n ⁺ -p (p ⁺ -n) of transitions and isotype pp ⁺ (p-n ⁺⁾ transitions with a gap, the width of which is at least 10 times smaller than the size of the microelement, and the sections of the base and doped n ⁺ (p ⁺ ) areas on the working sides contain a passivating antireflection film.

Еще по одному варианту в полупроводниковом фотопреобразователе, содержащем матрицу из скоммутированных последовательно с помощью контактов микроэлементов с базовой областью, легированными областями в виде диодных п⁺-р-р⁺ (р⁺-п-п⁺) структур и просветляющей пленкой, плоскости п⁺-р (р⁺-п) переходов, изотипных p-p⁺ (п-п⁺) переходов и контактов к легированным п⁺(р⁺) областям перпендикулярны к двум рабочим сторонам, на которые падает излучение, а один или два линейных размера каждого микроэлемента соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, каждый микроэлемент содержит вдоль рабочих сторон наведенные области с повышенной концентрацией носителей заряда, отделенные от п⁺-р (р⁺-п) переходов и изотипных p-р⁺ (п-п⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше размера микроэлемента, а в просветляющей пленке содержится слой с встроенным зарядом плотностью не менее 10¹² см^-2.In yet another embodiment, in a semiconductor photoconverter containing a matrix of microelements sequentially connected by contacts with the base region, doped regions in the form of diode n ⁺ -p-p ⁺ (p ⁺ -n-p ⁺ ) structures and an antireflection film, the n ⁺ plane -p (p ⁺ -n) junctions, isotypic pp ⁺ (n ⁺ n) junctions and contacts to doped n ⁺ (p ⁺ ) regions are perpendicular to the two working sides on which the radiation is incident, and one or two linear sizes of each microelement commensurate with the diffusion length of minority ositeley charge in the base region, each microcell comprises, along the working sides of the induced field with the high concentration of charge carriers are separated from the n ⁺ -p (p ⁺ -n) of transitions and isotype p-p ⁺ (p-n ⁺⁾ transitions of gap whose width at least 10 times smaller than the size of the trace element, and in the antireflection film contains a layer with a built-in charge with a density of at least 10 ¹² cm ^-2 .

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающем диффузионное легирование полупроводниковых пластин с образованием вдоль поверхности диодных п⁺-р-р⁺ (р⁺-п-п⁺) структур, металлизацию легированных п⁺(р⁺) слоев, соединение пластин в стопку через металлические прослойки, резку стопки на матрицы, травление рабочих сторон, на которые падает излучение, и нанесение просветляющего покрытия, вдоль рабочих сторон лазерной диффузией создают дополнительные изотипные р-р⁺ (п-п⁺) переходы, отделенные от п⁺-р (р⁺-п) переходов и изотипных р-р⁺ (п-п⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше толщины пластин.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a semiconductor photoconverter, including diffusion doping of semiconductor wafers with the formation along the surface of the diode n ⁺ -p-p ⁺ (p ⁺ -n-p ⁺ ) structures, metallization of doped n ⁺ (p ⁺ ) layers , joining the plates into the stack through metal interlayers, cutting the stack onto matrices, etching the working sides to which the radiation falls, and applying an antireflection coating along the working sides with laser diffusion create additional isotypic solutions ⁺ (p ⁺ p ⁺ ) transitions, separated from p ⁺ -p (p ⁺ -p) transitions and isotype p-p ⁺ (p ⁺ p) transitions by a gap whose width is at least 10 times less than the thickness of the plates .

По другому варианту в способе изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающем диффузионное легирование полупроводниковых пластин с образованием вдоль поверхности диодных п⁺-р-р⁺ (р⁺-п-п⁺) структур, металлизацию легированных п⁺(р⁺) слоев, соединение пластин в стопку через металлические прослойки, резку стопки на матрицы, травление рабочих сторон, на которые падает излучение, и нанесение просветляющего покрытия, вдоль рабочих сторон лазерной диффузией создают дополнительные п⁺-р (р⁺-п) переходы, отделенные от п⁺-р (р⁺-п) переходов и изотопных р-р⁺ (п-п⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше толщины пластин.According to another embodiment, in a method for manufacturing a semiconductor photoconverter, including diffusion doping of semiconductor wafers with the formation along the surface of diode n ⁺ -p-p ⁺ (p ⁺ -n-p ⁺ ) structures, metallization of doped n ⁺ (p ⁺ ) layers, the connection of the plates in a stack through metal interlayers, cutting the stack onto matrices, etching the working sides to which radiation is incident, and applying an antireflection coating along the working sides with laser diffusion create additional p ⁺ p (p ⁺ p) transitions separated from p ⁺ p ( p ⁺ -n) of transitions and isotopic p-p ⁺ (p-n ⁺⁾ gap junctions, the width of which is at least 10 times less than the thickness of the plates.

Еще по одному варианту в способе изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающем диффузионное легирование полупроводниковых пластин с образованием вдоль поверхности диодных п⁺-p-p⁺ (р⁺-п-п⁺) структур, металлизацию легированных п⁺(р⁺) слоев, соединение пластин в стопку через металлические прослойки, резку стопки на матрицы, травление рабочих сторон, на которые падает излучение, и нанесение просветляющего покрытия, на рабочие стороны наносят просветляющее покрытие с встроенным электрическим зарядом с плотностью не менее 10¹² см^-2 в виде локальных областей, отделенных от п⁺-р (р⁺-п) переходов и изотопных р-р⁺ (п-п⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше толщины пластин.In another embodiment, a method for manufacturing a semiconductor photoconverter, including diffusion doping of semiconductor wafers with the formation of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -n-n ⁺ ) diodes along the surface, metallization of doped n ⁺ (p ⁺ ) layers, joining the wafers into a stack through metal interlayers, cutting the stack onto matrices, etching the working sides to which the radiation is incident, and applying an antireflection coating, an antireflection coating with an integrated electric charge with a density of at least e 10 ¹² cm ^-2 in the form of local areas separated from the n ⁺ -p (p ⁺ -n) of transitions and isotopic p-p ⁺ (p-n ⁺⁾ gap junctions, the width of which is at least 10 times less plate thickness.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, где в сечении показаны основные элементы двух разновидностей конструкции фотопреобразователя. Фотопреобразователь на фиг.1 и 2 состоит из множества микроэлементов с диодной п⁺-p-p⁺(p⁺-п-п⁺) структурой, соединенных последовательно. Каждый микрофотопреобразователь содержит базовую область 1 из кристаллического кремния или германия. Ширина базовой области 1 соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей тока и составляет около 300 мкм. На одной боковой стороне базовые области 1 содержат сильно легированный п⁺(р⁺) слой 2 противоположного типа проводимости, образуя p⁺-п или п⁺-р переходы 3, а на другой боковой стороне сильно легированный слой 4 того же типа проводимости, что и базовая область 1, образуя изотипные п-п⁺ или p-р⁺ переходы 5. Сильнолегированные п⁺(p⁺) слои 2 и 4 полностью покрыты металлическими контактами 6, обеспечивая механическое и электрическое соединение микроэлементов в матрицу. Толщина металлических слоев 6 составляет около 2 мкм. Обе внешние поверхности фотопреобразователя являются рабочими, на которые поступает световое излучение. Каждый микроэлемент вдоль обеих рабочих сторон содержит дополнительные обогащенные основными носителями заряда п⁺(р⁺) области 7, образующие в одном варианте дополнительный изотипный р-p⁺(п-п⁺) переход 8, а в другом варианте дополнительный п⁺-р (р⁺-п) переход 8. Причем дополнительный обогащенные основными носителями заряда слой 7 отделен от основных сильно легированных слоев 2 и 4 промежутком d, ширина которого более 10 раз меньше ширины базовой области 1. Обе рабочие поверхности фотопреобразователя покрыты пассивирущей просветляющей пленкой 9.The invention is illustrated in figures 1 and 2, where the section shows the main elements of two varieties of the construction of the photoconverter. The photoconverter in figures 1 and 2 consists of many trace elements with a diode p ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -p-p ⁺ ) structure, connected in series. Each microphotoconverter contains a base region 1 of crystalline silicon or germanium. The width of the base region 1 is comparable with the diffusion length of minority current carriers and is about 300 μm. On one side, the base regions 1 contain a heavily doped n ⁺ (p ⁺ ) layer 2 of the opposite conductivity type, forming p ⁺ -n or n ⁺ -p junctions 3, and on the other side, a heavily doped layer 4 of the same conductivity type and base region 1, forming isotype p-p ⁺ or p-p ⁺ transitions 5. Highly doped p ⁺ (p ⁺ ) layers 2 and 4 are completely covered with metal contacts 6, providing mechanical and electrical connection of trace elements to the matrix. The thickness of the metal layers 6 is about 2 microns. Both external surfaces of the photoconverter are working, which receives light radiation. Each microcell along both sides working enriched contains additional majority carriers n ⁺ (p ⁺⁾ region 7 forming in one embodiment additional isotype p-p ⁺ (n-p ⁺⁾ junction 8, and in another embodiment, an additional n ⁺ -p ( p ⁺ -n) transfer 8. Moreover, additional majority carriers enriched layer 7 is separated from the highly doped core layers 2 and 4, a gap d, the width of which is less than 10 times the width of the base region 1. Both working surface covered photoconverter passiviruschey antireflection film 9 th.

Световое излучение поступает на обе рабочие поверхности, которые практически равны по величине фоточувствительности.Light radiation enters on both working surfaces, which are almost equal in magnitude of photosensitivity.

Отличие конструкции фотопреобразователя, соответствующего фиг.1 от фиг.2, состоит в том, что обогащенные основными носителями заряда дополнительные п⁺(р⁺) области 7 получены диффузионным легированием донорной или акцепторной примеси. Фотопреобразователь на фиг.2 содержит в просветляющей пленке 9 локальные области 10 с встроенным электрическим зарядом с плотностью не менее 10¹² см^-2, что наводит в прилегающей базовой области 1 обогащенные основными носителями заряда дополнительные п⁺(р⁺) области 7. Образование дополнительных п⁺или p⁺областей 7 зависит от знака встроенного электрического заряда.The difference between the design of the photoconverter corresponding to FIG. 1 from FIG. 2 is that the additional n ⁺ (p ⁺ ) regions 7 enriched in the main charge carriers are obtained by diffusion doping of the donor or acceptor impurity. The photoconverter in figure 2 contains in the antireflection film 9 local regions 10 with a built-in electric charge with a density of at least 10 ¹² cm ^-2 , which induces in the adjacent base region 1 additional p ⁺ (p ⁺ ) regions enriched with the main charge carriers 7. The formation of additional n ⁺ or p ⁺ regions 7 depends on the sign of the built-in electric charge.

В процессе изготовления фотопреобразователя используются пластины из моно- или мультикристаллического кремния или германия толщиной 300 мкм р- или п-типа проводимости с диффузионной длиной в базовой области не менее 300 мкм. С помощью диффузионного легирования фосфором и бором создают диодную п⁺-р-р⁺(р⁺-п-п⁺) структуру. На обе стороны наносят сплошной слой контакта с верхним слоем из алюминия, меди или никеля толщиной более 0,5 мкм. Пластины складывают в стопку и соединяют пластины между собой с помощью контактов. Стопку разрезают на пластины толщиной около 0,3 мм и удаляют с поверхности механически нарушенный слой. Далее методом лазерного легирования создают на рабочих сторонах локально расположенные дополнительные п⁺(р⁺) легированные слои 9, отделенные промежутком d шириной около 10 мкм от основных п⁺(р⁺) легированных слоев. Дополнительные п⁺(р⁺) легированные слои 7 имеют толщину не более 1 мкм и поверхностную концентрацию введенной примеси в диапазоне 10¹⁹-10²⁰см^-3. На обе стороны матрицы осаждением из паровой фазы или методом магнетронного напыления наносят пассивирущую просветляющую пленку 9, например, из нитрида кремния. Таким образом, получается конструкция фотопреобразователя, соответствующая фиг.1.In the process of manufacturing the photoconverter, plates of monocrystalline or multicrystalline silicon or germanium with a thickness of 300 μm of p- or p-type conductivity with a diffusion length in the base region of at least 300 μm are used. Using diffusion doping with phosphorus and boron, a diode p ⁺ -p-p ⁺ (p ⁺ -p-p ⁺ ) structure is created. A continuous contact layer with an upper layer of aluminum, copper or nickel with a thickness of more than 0.5 μm is applied on both sides. The plates are stacked and connect the plates together using contacts. The stack is cut into plates with a thickness of about 0.3 mm and the mechanically disturbed layer is removed from the surface. Further, by the method of laser alloying, locally located additional n ⁺ (p ⁺ ) doped layers 9 are created on the working sides, separated by a gap d of a width of about 10 μm from the main n ⁺ (p ⁺ ) doped layers. Additional n ⁺ (p ⁺ ) doped layers 7 have a thickness of not more than 1 μm and a surface concentration of the introduced impurity in the range of 10 ¹⁹ -10 ²⁰ cm ^-3 . Passivating antireflection film 9, for example, silicon nitride, is deposited on both sides of the matrix by vapor deposition or by magnetron sputtering. Thus, the design of the photoconverter corresponding to figure 1.

Изготовление фотопреобразователя, изображенного на фиг.2, отличается тем, что вместо лазерного легирования обогащенные основными носителями заряда дополнительные п⁺(р⁺) области 7 получают путем создания в просветляющей пленке локальных областей с встроенным электрическим зарядом плотностью не менее 10¹² см^-2. Отрицательный заряд создается при нанесении на поверхность кремния пленки оксида алюминия, а положительный заряд в случае нанесения пленки нитрида кремния. Пленки с встроенными зарядами наносят избирательно так, чтобы наведенные обогащенные основными носителями заряда дополнительные п⁺ (р⁺) области 7 были отделены от основных легированных п⁺(р⁺) слоев промежутком d около 10 мкм.The manufacture of the photoconverter shown in FIG. 2 is characterized in that instead of laser doping, additional p ⁺ (p ⁺ ) regions 7 enriched with the main charge carriers are obtained by creating local regions in the antireflection film with an integrated electric charge with a density of at least 10 ¹² cm ^-2 . A negative charge is created when a film of aluminum oxide is deposited on the silicon surface, and a positive charge in the case of applying a silicon nitride film. Films with built-in charges are applied selectively so that the induced additional n ⁺ (p ⁺ ) regions 7 enriched in the main charge carriers are separated from the main doped n ⁺ (p ⁺ ) layers by an interval d of about 10 μm.

Фотоэлектрический преобразователь работает следующим образом. Световое излучение практически без потерь на затенение контактами, которые занимают менее 1% поверхности, поступает в базовую область 1. Очень небольшая часть поглощается в обогащенных основными носителями заряда дополнительных п⁺ (p⁺) областях 7, а большая часть в базовой области 1. Дополнительные обогащенные основными носителями заряда п⁺(р⁺) области 7 за счет градиента концентрации основных носителей создают тянущее электрическое поле, направленное от поверхности, а границы дополнительных р-п переходов 8 или изотипных переходов создают потенциальный барьер, направляющий генерированные светом в базовой области неосновные носители тока к основным р-п переходам 3.Photoelectric Converter operates as follows. Light emission with almost no loss of shadowing by contacts that occupy less than 1% of the surface enters the base region 1. A very small part is absorbed in the additional n ⁺ (p ⁺ ) regions enriched with the main charge carriers, and the majority in the base region 1. Additional enriched by the main charge carriers of the n ⁺ (p ⁺ ) region 7, due to the concentration gradient of the main carriers, they create a pulling electric field directed from the surface, and I create the boundaries of the additional pn junctions 8 or isotype transitions t is a potential barrier directing minority current carriers generated by light in the base region to the main pn junctions 3.

Таким образом, достигается высокое собирание неосновных носителей тока, высокое значение фототока и увеличение до 25% КПД фотопреобразователя.Thus, a high collection of minority carriers is achieved, a high photocurrent value and an increase in photoconverter efficiency up to 25%.

Процесс изготовления отличается низкой трудоемкостью, позволяет получать высоковольтные фотопареобразователи с низкими оимческими потерями и эффективно работающие при высоких концентрациях солнечного излучения.The manufacturing process is characterized by low labor intensity, it allows to obtain high-voltage photoconverters with low ohmic losses and efficiently working at high concentrations of solar radiation.

Claims

1. Полупроводниковый фотопреобразователь, содержащий матрицу из скоммутированных последовательно с помощью контактов микроэлементов с базовой областью, легированными областями в виде диодных n⁺-p-p⁺ (p⁺-n-n⁺) структур и просветляющей пленкой, плоскости n⁺-p (p⁺-n) переходов, изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов и контактов к легированным n⁺ (p⁺) областям перпендикулярны к двум рабочим сторонам, на которые падает излучение, а один или два линейных размера каждого микроэлемента соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, отличающийся тем, что каждый микроэлемент содержит вдоль рабочих сторон области с дополнительными изотипными p-p⁺ (n-n⁺) переходами, отделенными от n⁺-p (p⁺-n) переходов и изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше размера микроэлемента, а участки базовой и легированных областей на рабочих сторонах содержат пассивирующую просветляющую пленку.1. A semiconductor photoconverter containing a matrix of microelements sequentially switched by contacts of the microelements with the base region, doped regions in the form of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -nn ⁺ ) structures and an antireflection film, the plane n ⁺ -p (p ⁺ -n ) transitions, isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions and contacts to doped n ⁺ (p ⁺ ) regions are perpendicular to the two working sides on which the radiation is incident, and one or two linear sizes of each trace element are comparable with the diffusion length of minority charge carriers in the base regional ty, characterized in that each microelement contains along the working sides of the region with additional isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) junctions, separated from n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions and isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) junctions with a gap whose width at least 10 times smaller than the size of the trace element, and sections of the base and doped regions on the working sides contain a passivating antireflection film.

2. Полупроводниковый фотопреобразователь, содержащий матрицу из скоммутированных последовательно с помощью контактов микроэлементов с базовой областью, легированными областями в виде диодных n⁺-p-p⁺ (р⁺-n-n⁺) структур и просветляющей пленкой, плоскости n⁺-р (p⁺-n) переходов, изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов и контактов к легированным n⁺ (p⁺) областям перпендикулярны к двум рабочим сторонам, на которые падает излучение, а один или два линейных размера каждого микроэлемента соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, отличающийся тем, что каждый микроэлемент содержит вдоль рабочих сторон области с дополнительными n⁺-p (p⁺-n) переходами, отделенными от n⁺-p (p⁺-n) переходов и изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше размера микроэлемента, а участки базовой и легированных областей на рабочих сторонах содержат пассивирующую просветляющую пленку.2. A semiconductor photoconverter containing a matrix of microelements sequentially switched by contacts of the microelements with the base region, doped regions in the form of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -nn ⁺ ) structures and an antireflection film, the plane n ⁺ -p (p ⁺ -n ) transitions, isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions and contacts to doped n ⁺ (p ⁺ ) regions are perpendicular to the two working sides on which the radiation is incident, and one or two linear sizes of each trace element are comparable with the diffusion length of minority charge carriers in the base region characterized in that each microelement contains along the working sides of the region with additional n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions separated from n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions and isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions by a gap the width of which is at least 10 times smaller than the size of the trace element, and the sections of the base and doped regions on the working sides contain a passivating antireflection film.

3. Полупроводниковый фотопреобразователь, содержащий матрицу из скоммутированных последовательно с помощью контактов микроэлементов с базовой областью, легированными областями в виде диодных n⁺-p-p⁺ (p⁺-n-n⁺) структур и просветляющей пленкой, плоскости n⁺-p (p⁺-n) переходов, изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов и контактов к легированным n⁺ (p⁺) областям перпендикулярны к двум рабочим сторонам, на которые падает излучение, а один или два линейных размера каждого микроэлемента соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, отличающийся тем, что каждый микроэлемент содержит вдоль рабочих сторон наведенные области с повышенной концентрацией носителей заряда, отделенные от n⁺-p (p⁺-n) переходов и изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше размера микроэлемента, а в просветляющей пленке содержится слой с встроенным зарядом с плотностью не менее 10¹²см^-2.3. A semiconductor photoconverter containing a matrix of microelements sequentially switched by contacts of the microelements with the base region, doped regions in the form of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -nn ⁺ ) structures and an antireflection film, the plane n ⁺ -p (p ⁺ -n ) transitions, isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions and contacts to doped n ⁺ (p ⁺ ) regions are perpendicular to the two working sides on which the radiation is incident, and one or two linear sizes of each trace element are comparable with the diffusion length of minority charge carriers in the base regional type, characterized in that each trace element contains induced regions along the working sides with an increased concentration of charge carriers, separated from n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions and isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions by a gap whose width is at least , 10 times smaller than the size of the trace element, and in the antireflection film contains a layer with a built-in charge with a density of at least 10 ¹² cm ^-2 .

4. Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающий диффузионное легирование полупроводниковых пластин с образованием вдоль поверхности диодных n⁺-p-p⁺ (p⁺-n-n⁺) структур, металлизацию легированных n⁺ (p⁺) слоев, соединение пластин в стопку через металлические прослойки, резку стопки на матрицы, травление рабочих сторон, на которые падает излучение, и нанесение просветляющего покрытия, отличающийся тем, что вдоль рабочих сторон лазерной диффузией создают дополнительные изотипные p-p⁺ (n-n⁺) переходы, отделенные от n⁺-p (p⁺-n) переходов и изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше толщины пластин.4. A method of manufacturing a semiconductor photoconverter, including diffusion doping of semiconductor wafers with the formation along the surface of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -nn ⁺ ) structures, metallization of doped n ⁺ (p ⁺ ) layers, joining the plates into a stack through metal interlayers, cutting stacks on matrices, etching of the working sides to which the radiation is incident, and the application of an antireflection coating, characterized in that along the working sides by laser diffusion additional additional isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions are created, separated from n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions and isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions with a gap of at least 10 times the thickness of the plates.

5. Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающий диффузионное легирование полупроводниковых пластин с образованием вдоль поверхности диодных n⁺-p-p⁺ (p⁺-n-n⁺) структур, металлизацию легированных n⁺ (p⁺) слоев, соединение пластин в стопку через металлические прослойки, резку стопки на матрицы, травление рабочих сторон, на которые падает излучение, и нанесение просветляющего покрытия, отличающийся тем, что вдоль рабочих сторон лазерной диффузией создают дополнительные n⁺-p (p⁺-n) переходы, отделенные от n⁺-p (p⁺-n) переходов и изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше толщины пластин.5. A method of manufacturing a semiconductor photoconverter, including diffusion doping of semiconductor wafers with the formation along the surface of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -nn ⁺ ) structures, metallization of doped n ⁺ (p ⁺ ) layers, joining the plates into a stack through metal interlayers, cutting stacks on matrices, etching of the working sides onto which radiation is incident, and the application of an antireflection coating, characterized in that along the working sides by laser diffusion additional n ⁺ -p (p ⁺ -n) transitions are created, separated from n ⁺ -p (p ⁺ -n) transition dots and isotypic pp ⁺ (nn ⁺ ) transitions with a gap whose width is at least 10 times less than the thickness of the plates.

6. Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя, включающий диффузионное легирование полупроводниковых пластин с образованием вдоль поверхности диодных n⁺-p-p⁺ (p⁺-n-n⁺) структур, металлизацию легированных n⁺(p⁺) слоев, соединение пластин в стопку через металлические прослойки, резку стопки на матрицы, травление рабочих сторон, на которые падает излучение, и нанесение просветляющего покрытия, отличающийся тем, что на рабочие стороны наносят просветляющее покрытие с встроенным электрическим зарядом с плотностью не менее 10¹² см² в виде локальных областей, отделенных от n⁺-p (p⁺-n) переходов и изотипных p-p⁺ (n-n⁺) переходов промежутком, ширина которого, по меньшей мере, в 10 раз меньше толщины пластин. 6. A method of manufacturing a semiconductor photoconverter, including diffusion doping of semiconductor wafers with the formation along the surface of diode n ⁺ -pp ⁺ (p ⁺ -nn ⁺ ) structures, metallization of doped n ⁺ (p ⁺ ) layers, joining the plates into a stack through metal interlayers, cutting stack in the matrix, the etching working sides on which radiation is incident, and applying a reflective coating, characterized in that on the operating side is applied an AR coating with integrated electric charge density not less than ^{12 October} m ² in the form of local areas separated from n ^⁺ -p (p ⁺ -n) of transitions and isotype pp ^⁺ (nn ⁺⁾ transitions of gap whose width is at least 10 times less than the thickness of the plates.