СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА И СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА И СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ


RU (11) 2122259 (13) C1

(51) 6 H01L31/18, H01L31/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93046763/25 
(22) Дата подачи заявки: 1993.06.07 
(45) Опубликовано: 1998.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. T.G.Sparks aud R.A.Pryor, Fourteenth YEEE Photovolaic Specialists Conference - 1980, pp.783-786. 2. SU, 1790015 A1, 23.01.93. 3. SU, 1285545 A1, 1987. 
(71) Заявитель(и): Проф.Др.Рудольф Хецель (DE) 
(72) Автор(ы): Проф.Др.Рудольф Хецель (DE) 
(73) Патентообладатель(и): Проф.Др.Рудольф Хецель (DE) 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА И СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ 

Использование: в микроэлектронике, а более конкретно в области преобразования солнечной энергии в электрическую. Техническим результатом изобретения является увеличение тока короткого замыкания, напряжения холостого хода и коэффициента заполнения солнечного элемента. Сущность: способ изготовления солнечного элемента состоит в том, что но меньшей мере на одной поверхности полупроводниковой подложки образуют путем механического удаления или травления полупроводникового материала структуру параллельно расположенных канавок, отделенных одна от другой возвышенностями, сужающимися к вершинам. На всю структурированную поверхность наносят пассивирующий слой, после чего вершины возвышенностей срезают на глубину по меньшей мере пассивирующего слоя, в результате чего образуются параллельно расположенные платообразные области, от которых отходят скосы. На платообразные области, а также по меньшей мере на один из скосов каждой области наносят материал, образующий электропроводящие контакты. Солнечный элемент содержит полупроводниковую подложку, на по меньшей мере одной поверхности которой сформирована структура возвышенностей с платообразными вершинами и с боковыми скосами. На платообразных вершинах и частично на скосах расположены электропроводящие контакты. Поверхность полупроводниковой подложки в области между контактами покрыта пассивирующим материалом. 5 с. и 23 з.п. ф-лы, 17 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к способу изготовления солнечного элемента, а также солнечному элементу, изготовленному этим способом.

Из Материалов 14-й Конференции специалистов по фотогальванике (IEEE), 1980 г. , Сан-Диего, Калифорния, США, стр. 783-786, известен способ изготовления солнечного элемента, содержащего полупроводниковую подложку для генерирования носителей заряда под действием лучистой энергии и электропроводящие контакты для отвода носителей заряда, заключающийся в том, что, по меньшей мере, на одной поверхности полупроводниковой подложки выполняют возвышенности, затем поверхность подложки по существу по всей площади покрывают пассивирующим слоем, с возвышенностей, по меньшей мере, частично удаляют находящийся на них пассивирующий материал и, по меньшей мере, на освобожденные таким образом области возвышенностей непосредственно или с промежуточным слоем, а также по участкам на пассивирующем материале, имеющемся на отходящих от возвышенностей скосах, наносят материал, образующий электропроводящие контакты.

Существенными предпосылками для достижения высокого коэффициента полезного действия солнечных фотоэлементов наряду с оптимальным вводом световых лучей благодаря соответствующему структурированию поверхности и расположению контактов являются прежде всего по возможности небольшая площадь контактов и очень хорошая пассивация поверхности в активной области полупроводника. Тем самым увеличивается ток короткого замыкания, а благодаря уменьшению обратного тока насыщения увеличиваются как напряжение холостого хода, так и коэффициент заполнения солнечного элемента.

В основу изобретения положена задача создания способа изготовления высокоэффективных солнечных элементов простыми технологическими средствами за счет использования весьма простых способов обработки благодаря высокотемпературным и низкотемпературным процессам. Этот способ должен быть пригоден для всех видов полупроводников, элементарных и сложных полупроводников, как в монокристаллической форме с любой ориентацией поверхности, в поликристаллической форме с любым размером зерен и ориентацией, так и в аморфном состоянии, в толстопленочном исполнении на собственной подложке, а также с тонкопленочными полупроводниками не на собственной подложке.

Задачей изобретения является также разработка просто реализуемого расположения электропроводящих контактов на одной стороне солнечного элемента, которое может, в частности, использоваться для неконцентрированных систем с большой площадью. При этом реализация должна базироваться как на pn-переходах, полученных методом диффузии, так и на индуцировании электрического поля металлом или поверхностными зарядами в изоляторе. Кроме того, должен использоваться свет, падающий через тыльную сторону двойной решетчатой структуры контактов. Кроме того, задачей изобретения является создание простого солнечного элемента, освещаемого с двух сторон и собирающего с двух сторон неосновные носители заряда. Такой элемент обеспечивает наилучшее использование окружающего рассеянного света, а также очень эффективное собирание генерированных светом носителей заряда, в частности, при наличии дешевой полупроводниковой подложки с уменьшенной диффузионной длиной неосновных носителей заряда.

Указанные задачи решаются тем, что в способе изготовления солнечного элемента, содержащего полупроводниковую подложку для генерирования носителей заряда под действием лучистой энергии и электропроводящие контакты для отвода носителей заряда, заключающийся в том, что, по меньшей мере, на одной поверхности полупроводниковой подложки выполняют возвышенности, затем поверхность подложки по существу по всей площади покрывают пассивирующим слоем, с возвышенностей, по меньшей мере, частично удаляют находящийся на них пассивирующий материал и, по меньшей мере, на освобожденные таким образом области возвышенностей непосредственно или с промежуточным слоем, а также по участкам на пассивирующем материале, имеющемся на отходящих от возвышенностей скосах, наносят материал, образующий электропроводящие контакты, согласно изобретению возвышенности образуют без маскирования путем механического удаления и/или стравливания полупроводникового материала, и, по меньшей мере, пассивирующий материал с возвышенностей удаляют таким образом, что получают платообразную область, от свободной верхней площадки которой отходят скосы и в которой полупроводниковый материал проходит открытым.

Согласно изобретению без трудоемкого метода маскирования и преимущественно благодаря самоюстировке, могут быть созданы взаимосвязанные контактные системы с очень небольшой площадью соприкосновения с полупроводником, большим проводящим сечением и небольшим затенением, которые могут служить для отвода неосновных и основных носителей заряда на лицевой и/или тыльной стороне солнечного элемента.

Поставленная техническая задача решается также тем, что три способа структурирования полупроводникового материала или материала основы для полупроводникового материала, включающем образование проходящих по существу параллельно друг другу желобков, согласно изобретению полупроводниковый материал или материал основы структурируют с помощью проходящих по существу параллельно друг другу и перемещающихся относительно структурируемого материала механических структурирующих элементов, оснащенных абразивным средством, которое жестко связано с ними или подается с жидкостью.

Основная идея настоящего изобретения заключается в том, что поверхность полупроводника снабжена структурой параллельно расположенных желобков, причем желобки отделены друг от друга выступающими областями полупроводников с острыми вершинами-возвышенностями. На структурированном таким образом полупроводнике по всей плоскости наносят пассивирующий слой, преимущественно описанным выше способом, причем этой слой покрывает всю поверхность и имеет одинаковую толщину. Для освобождения контактных областей хорошо изолирующий пассивирующий слой удаляют по возможности незначительным съемом направленных вверх сужающихся полупроводниковых возвышенностей. Затем благодаря приемлемому способу металлизации изобретения наносятся контакты, образующие контактную пальчиковую структуру. Величина полупроводниковой площади, освобожденной от пассивирующего слоя и тем самым собственно контактная площадь, наряду с выбранным расстоянием между желобками при их изготовлении в случае направленных вниз выступов, может также устанавливаться простым способом путем изменения высоты съема. При этом на каждую возвышенность наносится один контакт.

Согласно изобретению не только обеспечивается возможность простого избирательного удаления пассивирующего слоя и последующего избирательного нанесения металлических пальчиковых контактов, но и благодаря описанному структурированию поверхности в форме желобков или подобных им углублений улучшается, кроме того, ввод света в полупроводник. Таким образом, возвышения выполняют двойную функцию.

Желобообразная структура с промежуточными возвышенностями может быть экономично получена механическими способами на большой площади без всякого маскирования. При этом предлагаются способы, применяемые на большой площади, например, структурирование одним или несколькими пильными полотнами, фрезерование соответствующим образом структурированным инструментом, а также решетчатое структурирование.

Последнее осуществляется набором из нескольких параллельных металлических лент, поперечное сечение которых может иметь любую форму (прямоугольную, круглую, с закругленными углами и т.д.).

Благодаря соответствующему расположению отдельных металлических полотен и их структурированию могут быть получены определенные последовательности желобков с пропуском отдельных желобков. Такие структуры могут иметь большое значение для нанесения главного токосъемника на солнечых элементах.

Вследствие незначительного повреждения кристалла и других преимуществ для структурирования поверхности особенно рекомендуется многопроволочный способ с параллельным расположением проволок. Этот способ был успешно внедрен в последние годы для распиливания полупроводниковых блоков на тонкие диски. При этом большое значение имеет выбор соответствующего абразивного средства. При использовании проволок соответствующего диаметра с определенным расстоянием между ними могут быть получены на большой площади простым способом закругленные желобки различной ширины, глубины и с различными расстояниями между ними, то есть контактные области с различной шириной. Но желобки в поперечном сечении могут быть и почти прямоугольными, с очень крутыми срезами и плоским основанием, с закругленными углами, могут иметь эллипсообразное сечение или оканчиваться острием.

Структурирование параллельными проволоками (проволочное структурирование) или параллельными металлическими лентами (многополотновое структурирование) согласно изобретению может происходить как на основе покрытых алмазов проволок или полотен (при наличии абразивного средства) так и, в частности, благодаря тому, что абразивное средство находится в жидкости (суспензия). В то время как все существующие до сих пор способы механического поверхностного структурирования вызывают повреждение кристаллов на поверхности полупроводника, с помощью последнего способа, согласно изобретению, может быть достигнуто механическое структурирование без дефектов.

Этот способ с абразивным средством, находящимся в жидкости, предоставляет преимущество, заключающееся в том, что абразивное средство (суспензия) наносится на провода или металлические полотна, причем размер частиц абразивного средства может изменяться во время процесса структурирования в несколько этапов. Если вначале с целью увеличения скорости среза применяют сравнительно большие частицы и уменьшают диаметр частиц до значения 1 - 200 нм, то повреждение поверхности вследствие механической обработки может сводиться к минимуму или совершенно отсутствовать. Тем самым в более благоприятном случае можно полностью отказаться от последующего травления поврежденного слоя. Благодаря успешной обработке с применением абразивных частиц, величина которых постепенно уменьшается, происходит выполнение следующих друг за другом этапов процесса, от структурирования вплоть до шлифовки, причем в дальнейшем не требуются в основном никакие операции по обработке.

Дальнейшее преимущество беспроблемного уменьшения размера частиц абразивного средства во время процесса структурирования, например, способом подпитки, заключается в том, что возвышенности между желобками, согласно изобретению, могут быть выполнены чрезвычайно острыми и с равномерной структурой (без изломов или следов шлифовки). В качестве конечного этапа процесса структурирования выступает применение суспензии коллоидального диоксида кремния в спиртовой среде (главная составная часть - вода) с размером частиц в диапазоне от 1 до 2100 нм диаметром, что приводит к химико-механическому процессу полировки без повреждения поверхности полупроводника. В отличие от обычного химико-механического способа полировки, здесь в качестве механически подвижных частей применяются гладкие проволоки или металлические полотна.

Механическое структурирование поверхности, в частности, структурирование проволоками и металлическими полотнами, имеет особое преимущество для материалов с неплоской, волнистой поверхностью (например, кремний для солнечных элементов или грубо распиленные диски с большими колебаниями по толщине), поскольку благодаря процессу механической обработки устраняется неплоскостность. По сравнению с другими способами структурирования при изобретенном способе требования к шероховатости поверхности дисков невысокие.

Однако идея изобретения относительно структурирования поверхности не ограничивается только полупроводниковым материалом для солнечных элементов. Более того, эта идея может использоваться, вообще говоря, для структурирования материала с целью создания параллельно или в основном параллельно проходящих желобков и возвышенностей между этими желобками. Для этого материал структурируется механическими структурирующими элементами, движущимися параллельно или в основном параллельно друг другу и относительно структурируемого материала. Под структурирующими элементами следует подразумевать преимущественно упомянутые выше проволоки и распиловочные полотна, а также металлические полосы (лезвия). Разумеется, вместо нескольких проволок может использоваться одна единственная проволока, которая смещается для образования параллельных срезов. Этот способ может также использоваться в оптической промышленности для структурирования стекол.

Удаление пассивирующего слоя, согласно изобретению, преимущественно на большой площади и, в случае необходимости, некоторой части полупроводникового материала в области очень узких возвышенностей, которые в дальнейшем образуют контактные области, может происходить, наряду с применением других способов, также и с применением обладающих особыми преимуществами механических или химико-механических способов. При этом можно назвать равномерное по всей большой площади шлифование, фрезерование, полирование и очистку, например, с помощью шлифовальных валиков, очистных валиков, полировочных роликов и т.д., причем вследствие незначительного повреждения поверхности полупроводника особенно следует выделить преимущество проволочного фрезерования, с помощью одной или нескольких проволок. При последнем варианте моно простым образом добиться высокой производительности благодаря тому, что полупроводниковые диски изготавливаются непрерывно при движении одной или нескольких проволок на соответствующем расстоянии друг от друга, причем происходит подача по возможности мелко-зернистого абразивного средства (суспензии).

При всех названных выше способах большим преимуществом обладает использование химико-механического эффекта полировки для получения по возможности бездефектной поверхности полупроводника. Это происходит благодаря правильному выбору абразивного средства с весьма незначительной величиной частиц (преимущественно диаметром в диапазоне 1-200 нм), которое находится в жидкости. Успешно был использован коллоидный спиртовой раствор оксида кремния (основная составная часть - вода).

Способ изготовления возвышающихся контактных областей, согласно изобретению, с которых может быть избирательно удален пассивирующий слой и на которые может быть нанесена контактная металлизация, предназначен не только для сравнительно толстых полупроводниковых пластин с собственной подложкой, в которых выполнены желобки. В значительно большей степени этот принцип используется для тонкослойных полупроводников или тонкослойных солнечных элементов, которые нанесены не на собственную подложку. С этой целью желобообразная структура создается уже на этой основе, которая состоит, как правило, из металла (часто с лежащим на нем диффузионным барьерным слоем), из проводящей и изолирующей керамики, из графита и тому подобных материалов. В осажденном на основу полупроводниковом слое, который может состоять из поликристаллического или аморфного кремния, или из полупроводниковых соединений, создается солнечный элемент, включая пассивирующий слой, и согласно изобретению с возвышенностей удаляется пассивирующий слой и описанным выше самоюстирующим способом выполняется контактная металлизация.

Предлагаемый способ изготовления возвышенностей из полупроводникового материала и избирательного удаления пассивирующего слоя с этих контактных областей может применяться также и для простого изготовления точечно-контактных солнечных элементов нового образца. Согласно изобретению при простой технологии можно использовать оптимальные пассивирующие слои из таких материалов, как термический диоксид кремния или плазменный нитрид кремния, которые могут изготавливаться или дорабатываться при температурах 800oC - 1000oC или 400o - 500oC, поскольку их подготовка может происходить перед изготовлением контактов.

В соответствии с изобретением предусмотрено, чтобы вначале по всей площади на монокристаллической текстурированной поверхности кремния, которая занята пирамидами устанавливаемой величины, изготавливался пассивирующий слой и путем определения съема верхушек пирамид (преимущественно шлифовкой или полировкой) освобождался кремний в виде небольших квадратных площадок (усеченных пирамид), а затем наносился металл по всей поверхности или полосками. Величина контактных площадок, вследствие расширения пирамид в нижнем направлении, может быть любой, в зависимости от глубины съема вершин пирамид, вплоть до 100%-ного покрытия металлом при полном удалении пирамид.

Дальнейшие подробности, преимущества и признаки изобретения показаны далее на одном из примеров предпочтительного исполнения со ссылками за чертежи.

На чертежах изображено:

Фиг. 1a - вид в разрезе МДП солнечного элемента с инверсионным слоем.

Фиг. 1в - деталь МДП солнечного элемента с инверсионным слоем согласно фиг. 1a.

Фиг. 2a - вид солнечного элемента в разрезе с pn-переходом и МДП-контактами.

Фиг. 2в - деталь солнечного элемента согласно фиг. 2a.

Фиг. 3a - вид в разрезе другого варианта солнечного элемента с pn-переходом.

Фиг. 3в - деталь солнечного элемента согласно фиг. 3a.

Фиг. 4 - вид в разрезе тонкослойного солнечного элемента.

Фиг. 5 - вид в разрезе солнечного элемента в еще одном варианте исполнения.

Фиг. 6a - вид в разрезе модифицированной формы исполнения солнечного элемента согласно фиг. 5.

Фиг. 6в - деталь солнечного элемента согласно фиг. 6a с текстурированием в контактной области.

Фиг. 7 - обратная сторона солнечного элемента для накопления основных носителей.

Фиг. 8 - разрез точечно-контактного МДП солнечного элемента с инверсионным слоем с текстурированной поверхностью.

Фиг. 9a - разрез другого варианта текстурированного точечно-контактного солнечного элемента.

Фиг. 9в - деталь солнечного элемента согласно фиг. 9a.

фиг. 10a - разрез еще одного варианта исполнения солнечного элемента.

Фиг. 10в - деталь солнечного элемента согласно фиг. 10a.

Фиг. 11 - структурированная обратная сторона точечно-контактного солнечного элемента.

Фиг. 12 - разрез одного из вариантов исполнения обратной стороны солнечного элемента.

Фиг. 13 - деталь солнечного элемента согласно фиг. 12.

Фиг. 14 - разрез другого варианта исполнения обратной стороны солнечного элемента.

Фиг. 15 - деталь солнечного элемента согласно фиг. 14.

Фиг. 16 - разрез обратной стороны солнечного элемента с первыми и вторыми электропроводящими контактами.

Фиг. 17 - разрез солнечного элемента со структурированным материалом на подложке.

Изобретение в принципе может быть реализовано для любого солнечного элемента. Однако в примерах исполнения описываются только МДП-солнечные элементы с инверсионным слоем и элементы с легированным pn-переходом. При этом используются одни и те же позиции на чертежах.

На фиг. 1a изображен разрез передней поверхности для поступления световых лучей МДП солнечного элемента (10) с инверсионным слоем. Элемент (10) состоит из полупроводниковой основы (12), инверсионного слоя (14), индуцированного зарядами в изолирующем слое (при полупроводнике p-типа инверсионный слой образован электронами), прозрачного изоляционного или пассивирующего слоя (16), тонкого туннельного оксида (18), который вместе с металлом (20), образует МДП-контакт для сбора неосновных носителей. Позицией (22) обозначен инверсионный слой, образованный на поверхности полупроводника вследствие различия в работе выхода металла (20) и полупроводника (12). Обратная сторона солнечного элемента (10) может быть сформирована как угодно, например, может состоять из сплошного или прерывистого омического контакта с пассивацией промежуточной области, с полем на тыльной стороне, элемента или с выступающими омическими контактами (см. EP 88105201.3A1), которые могут быть изготовлены аналогичными способом, что и указанная выше передняя сторона, а именно путем локального удаления пассивирующего слоя и избирательной металлизации. В этой связи можно также сослаться на изобретение, описанное в EP 88105201.3A1.

Солнечный элемент (10) изготавливается весьма просто. После образования желобообразной структуры - параллельно друг другу проходящие возвышенные области или возвышенности (24, 26, 28) или балочные выступы и проходящие между ними углубления (30), (32) в виде желобков - на поверхности полупроводника, преимущественно механическим способом и после удаления повреждений на поверхности по всей площади наносится пассивирующий слой (16) (например, SiO2, химически осажденный из пазовой фазы SiO2, нитрид кремния или двойной слой SiO2/Si3N4 преимущественно в плазменной среде). На возвышенных областях, которые могут иметь острые вершины, удаляется изолирующий слой (16) и, в зависимости от желаемой ширины контактной области, некоторая часть полупроводника, преимущественно механическим способом. После устранения возможно полученного поврежденного слоя полупроводниковой подложки получается тонкий туннельный изолирующий слой (18) (толщиной 1,5 нм, например, слой оксида кремния, оксинитрида или нитрида кремния), после чего происходит напыление металла (20) под заданным углом в вакууме. Вследствие этого на боковые скосы (34), (36), (38) возвышенностей (24), (26), (28) наносится значительно больше металла, чем на горизонтально проходящие собственно контактные области (40), (42), (44) (на фиг. это положение воспроизведено без выдержки масштаба). Угол напыления определяет при этом ширину осажденного металла на пальчиковых контактах.

Таким образом, металл, образующий электропроводящие контакты на возвышенностях (24), (26) и (28), распространяется, с одной стороны, участками вдоль скосов (34), (36) и (38), а с другой стороны, вдоль платообразных областей (35), (37) и (39). В пределах платообразных областей (35), (37) и (39) проходят собственно контактные области (40), (42) и (44) к полупроводниковому материалу, а также контактные области, ограниченные торцевыми поверхностями (17) и (19) пассивирующего слоя (16). Ширина платообразных областей (35), (37) и (39) всегда больше удвоенной толщины пассивирующего слоя (16).

Значительно более толстая, проходящая по изолятору (16) часть металлизации - которая называется также просто контактом - представляет собой собственно носитель тока, сопротивление которого в зависимости от ширины и толщины можно сделать как угодно малым без заметного повышения затенения.

Для того, чтобы получить небольшой обратный ток насыщения (большое напряжение холостого хода!), а также незначительное затенение света, горизонтальная контактная область (40), (42), (44) с полупроводником выполняется согласно изобретению очень узкой, причем ширина может устанавливаться путем изменения глубины съема полупроводникового материала с возвышенностей (24), (26), (28). В идеальном случае получается линейное соприкосновение, а именно в том случае, если снимается только пассивирующий материал, а не полупроводниковый материал.

На фиг. 1в показано, как металлизация скосов (34), (36), (38) с ее очень небольшим затенением отражает падающий свет на противоположный полупроводниковый скос и тем самым с дополнительным наклонным падением обуславливает очень хорошее введение света и накопление носителей заряда.

На фиг. 1в также отчетливо видно, что контакт, то есть металлизация, покрывает по меньшей мере торцевые поверхности (17), (19) пассивирующего слоя (16), полученные съемом материала пассивирующего слоя (16).

Если обратиться к структуре, соответствующей фиг. 1a, 1в, для накопления основных носителей заряда (фиг. 7), то можно заметить, что отсутствует туннельный оксид и металл в случае кремния отжигается в диапазоне температур 350oC - 500oC для формирования омического контакта.

На фиг. 2a, 2в, 3a, 3в изображены два примера исполнения солнечных элементов (46) и (48) согласно изобретению, которые содержат высокого легированный эмиттерный слой (50) в активной области солнечного элемента (46) или (48) под пассивирующим слоем (16), однако контактные области в случае фиг. 2a, 2в состоят из МДП - контакта, а в случае фиг. 3a, 3в - из легированного контакта.

На фиг. 2a, 2в изображены полупроводниковая основа (12), изготовленный методом диффузии или ионной имплантации высоколегированный эмиттерный слой (50) (у полупроводника p-типа n+- слой, у полупроводника n - типа p+ - слой), поверхностный пассивирующий слой (16), туннельный слой (18) (для кремния преимущественно оксид кремния толщиной около 1,5 нм) для неосновных носителей и металлизированный слой (20) для МДП-контакта. Позицией (22) указан инверсионный слой, возникающий под металлизацией (20) вследствие разности работ выхода из металла и полупроводника. В случае полупроводника p-типа легированный n+ - слой (50) активный поверхностной области полупроводника непосредственно примыкает к электронному инверсионному слою (22) МДП-контакта. Переход электронов в металл происходит частично непосредственно из n+ - слоя и частично через инверсионный слой. И в этом случае, согласно изобретению, простым образом выявляются преимущества наклонного напыления и пассивации поверхности, как было описано со ссылкой на фиг. 1a, 1в.

На фиг. 3a, 3в, на всей поверхности полупроводника, а активной, хорошо пассивированной области, а также под металлизированными пальчиковыми контактами (20) находится высоколегированная поверхностная область (50) (n+ - слой у полупроводника p-типа и p+ - слой у полупроводника n-типа), через которую неосновные носители заряда подводятся к металлизированным пальчиковым контактам или к металлизированным дорожкам (20). При этом полупроводниковая подложка обозначена позицией (12), высоколегированный поверхностный слой в активной области обозначен позицией (50), прозрачный пассивирующий слой (например, SiO2, химически осажденный из газовой фазы SiO2, нитрид кремния или двойные слои) обозначен позицией (16), высоколегированная область под металлизированными пальчиковыми контактами (20) обозначена позицией (52), а металлизированные контактные дорожки, полученные напылением, под заданным углом, обозначены позицией (20) и имеют весьма небольшую контактную площадь с полупроводниковой подложкой (12) и проходит преимущественно на пассивирующем слое (16).

Высоколегированный слой (52) под металлизацией (20) в благоприятном случае (глубокий pn-переход) может образовываться благодаря схождению или перекрытию легированных областей (54) и (56), происходящему в узкой возвышенной области, или благодаря дополнительному легированию после локального удаления пассивирующего слоя (16) (путем среза возвышенностей (24), (26), (28)).

Затем в одной части контактной области, то есть под пальчиковым контактом (20), образуется очень высоколегированный слой (52) (n++ для кремния p-типа), возникающий преимущественно двойной диффузии или ионной имплантации, который продолжает уменьшать обратный ток насыщения солнечного элемента (48) и тем самым увеличивает, в частности, напряжение холостого хода.

Желобообразная структура в полупроводниковом материале (12), то есть канавки или желобки (30), (32) и ограничивающие их возвышенности или балочные выступы (24), (26) и (28), получается, согласно изобретению, механическим способом, в частности, с помощью движущихся относительно полупроводникового материала (12) и расположенных параллельно друг другу проволок или пильных полотен. При этом размеры получаются такими, что расстояние а между соседними возвышенностями (24), (26) и (28) находится в диапазоне от 30 мкм до 2000 мкм, преимущественно в диапазоне от 50 мкм до 300 мкм.

Глубина t желобков (30) и (32), то есть расстояние между основанием желобка (30) или (32) и срезанной вершиной возвышенности (24), (26) и (28), то есть платообразной области (35), (37) и (39), должно находиться преимущественно в диапазоне от 25 мкм до 200 мкм. В частности, отношение расстояния а между возвышенностями (24, 26, 28) к глубине t желобков (30, 32) должно быть в пределах 10 > a/t > 1,5.

Предыдущие формы исполнения (фиг. 1a, 1в; 2a, 2в, 3a, 3в) ориентированы на то, чтобы показанная желобообразная структура получалась в самом полупроводниковом основании (12) механическим способом, указанным выше. Преимущества изобретения заключаются также и в том, что приведенные выше структуры лицевой части солнечного элемента могут быть реализованы и для тонких полупроводниковых пленок (58).

Как видно на фиг. 4, легированная соответствующим образом полупроводниковая пленка (60) наносится на снабженную желобками (64, 66, 68) основу (62) (например, из металла, керамики, графита и т.д.) (структура может быть получена точно так же механическим способом согласно изобретению). Верхняя сторона полупроводниковой пленки (60) может быть сильно легированной в форме слоя (70) (например, при основном легировании p-типа полупроводника получают n+-слой, гомогенный pn-переход), или слой (70) состоит из другого полупроводника для получения гетероструктуры. Затем по всей поверхности наносятся пассивирующий слой (72), который локально удаляется путем уплощения проходящих между желобками (64, 66, 68) возвышенных областей или возвышенностей (74, 76, 78). Затем, преимущественно путем напыления под заданным углом в вакууме, производят металлизацию в виде металлизированных полосок (20), которые образуют контакт на лицевой стороне солнечного элемента (58) для накопления неосновных носителей заряда. Контакт на обратной стороне получается, например, либо через основу (62), либо через проводящий слой между основой (62) и полупроводниковым слоем.

Дальнейшая форма исполнения изобретения в целях получения с помощью простой технологии небольшой контактной площади при очень хорошей пассивации поверхности и тем самым достижения высокого коэффициента полезного действия показана на примере лицевой стороны солнечных элементов (80, 82) на фиг. 5, 6a, 6в).

В обоих примерах полупроводниковая поверхность охарактеризована наличием параллельно расположенных углублений или желобков (84, 86, 88), которые получаются механическим способом, однако металлизация для образования пальчиковых контактов (20) происходит не напылением под заданным углом.

На фиг. 5 видно, что вершины возвышенностей, снабженных пассивирующим слоем (16) областей (24, 26, 28), сняты только в области пальчиковых контактов (20) и, например, через механическую маску наносится металл методом вакуумного испарения или катодного распыления или методом трафаретной печати. Правда, для этого требуется грубая юстировка.

Формы исполнения согласно фиг. 5, 6а, 6в воспроизведены только для высоколегированного эмиттерного слоя (50) в активной области и под контактами (20); однако для этих форм исполнения может также использоваться случай инверсионного слоя (аналогично фиг. 1а, 1в), а также комбинация высоколегированного слоя в активной области и МДП-контакт (аналогично фиг. 2а, 2в).

На фиг. 5 изображены: полупроводниковая подложка (12), высоколегированный эмиттерный слой (50) (например, n+-слой для полупроводника p-типа), прозрачный пассивирующий слой (16) и пальчиковые контакты (20).

Чтобы избавиться от юстировки металлических пальчиковых контактов (20), в соответствии с фиг. 6 по всей площади уплощаются пассивированные возвышенные поверхностные области (24, 26, 28) полупроводника (12) и тем самым обнажаются узкие области полупроводника. Металлизированные дорожки (20) могут наноситься на полупроводник любым образом, то есть без юстировки. Однако необходимо нанести дополнительный пассивирующий слой (90) (например, химически осажденный из газовой фазы нитрид кремния в плазменной среде) при температуре, которую выдерживает металл, на обнаженные, на покрытые металлом области полупроводника.

На фиг. 6 чисто схематически показаны полупроводниковая основа (12), высоколегированный эмиттерный слой (50) (например, n+ при полупроводнике p-типа), пассивирующий слой (16) (например, термический SiO2, химически осажденный из паровой фазы SiO2, нитрид кремния, двойные слои и т.д.), металлизация в форме пальчиковых контактов (20) и второй пассивирующий слой (90), для которого термический SiO2, который может быть изготовлен с соответствующей толщиной только при высоких температурах, уже не используется. Для этого предлагаются, например, химически осажденный из паровой фазы в плазменной среде SiO2 или нитрид кремния или оксид алюминия. Двойной пассивирующий слой, состоящий из слоев (16) и (90), должен оптимизироваться в отношении пассивации и антиотражательных свойств путем изменения соответствующих толщин и параметров процесса.

Увеличенный фрагмент на фиг. 6в показывает возможность текстурирования возвышенных горизонтальных площадок как в области контактов (20), так и в активной области (92) солнечного элемента (82) и, благодаря этому, возможность получения чрезвычайно небольших контактных площадок.

На фиг. 7 изображен пример солнечного элемента (94) со структурированной тыльной стороной (96) с омическими полосковыми контактами, то есть локальной металлизацией и локальным полем на тыльной поверхности. Полупроводниковая подложка (12), которая в данном примере представляет собой кремний p-типа, снабжена поверхностным пассивирующим слоем (98) (например, SiO2, нитрид кремния, оксинитрид кремния, оксид алюминия, двойные соли и т.д.). Далее предусмотрены полосковые металлизированные контакты (100, 102), которые в данном примере были напылены способом напыления под заданным углом в вакууме и выдержаны при соответствующей температуре для получения омического контакта. Позицией (104) обозначен высоколегированный слой (в примере p+ - кремний), полученный методом диффузии, ионной имплантации или легирования, благодаря которому образуется локальный pp+ - переход для отталкивания неосновных носителей заряда (поле на тыльной поверхности). При этом пассивирующий слой (98) согласно изобретению служит одновременно для маскирования. Однако можно и совершенно отказаться от нанесения легированной области (104).

Солнечный элемент согласно фиг. 7 используется в качестве двухстороннего светочувствительного солнечного элемента, чтобы особенно эффективно использовать также и свет, падающий с тыльной стороны.

Металлизированный слой (100) может быть нанесен локально - как объяснено в связи с фиг. 1а-4, а также другими способами с самоюстировкой (например, бестоковая металлизация, способ погружения, способ центрифугирования). Возможна также металлизация по всей поверхности тыльной стороны (96), причем, поскольку металлизация проходит в основном на пассивирующем слое (98), при незначительной площади контакта дополнительно получается очень хороший оптический отражатель на тыльной поверхности.

Далее, на основании фиг. 8-11 поясняется применение изобретения для текстурированных, то есть имеющих преимущественно пирамидо- или конусообразные выступы солнечных элементов с целью получения солнечных элементов с точечными контактами.

Солнечный элемент (108), изображенный на фиг. 8, содержит, помимо прочего, полупроводниковую подложку (110), тонкий туннельный оксидный слой (112) и металлизацию (114) для МДП-туннельного контакта, пассивирующий слой (120) (например, термически полученный SiO2, Si3N4 или двойной слой), нанесенный перед удалением вершин пирамид (116), (118) и перед металлизацией (114) при высокой температуре, а также пассивирующий изоляционный слой (122), нанесенный после металлизации. В области пирамид или в дальнейшем усеченных пирамид (116), (118) между полупроводником (110) и пассивирующим слоем (122) может находиться еще один, второй пассивирующий слой, преимущественно оксид кремния.

Солнечный элемент (124), изображенный чисто принципиально, в разрезе (без контакта к тыльной поверхности) на фиг. 9, содержит полупроводниковую подложку (126), туннельный оксид (128), металлизацию для МДП-контакта (130), сильно легированный поверхностный слой (132) (эмиттер, n+ при подложке p-типа или p+ при подложке n - типа), полученный преимущественно методом диффузии или ионной имплантации, и пассивирующий слой (134) (например, термический SiO2, химически осажденный из газовой фазы Si3N4, двойной слой). При этом по всей площади под текстурированными возвышенностями (136), (138), имеющими пирамидальную или другую геометрическую форму, и пассивированной поверхностью получается pn-переход, например, способом диффузии или ионной имплантации (например, n+ - область на кремнии p-типа). В контактной области происходит локальное удаление пассивирующего слоя (134) путем уплощения пирамид (136), (138), и полученные таким образом точечные контактные площадки (140), (142) снабжаются слоем (128) туннельного оксида толщиной приблизительно от 1 нм до 2 нм. На этот слой локально наносится металлизирующий слой (130), причем для кремния p-типа используется преимущественно ныпыление алюминия. При этом n+-слой примыкает непосредственно к инверсионному слою под металлом (130). Дополнительно на металлизированные дорожки (130), проходящие по всей поверхности, может быть осажден пассивирующий слой, как показано на фиг. 8. И в этом случае для предотвращения юстировки металлизированных дорожек можно уплощить вершины пирамид и после металлизации снова нанести пассивирующий слой по всей поверхности при температуре, которую выдерживает металлизация.

Усечением пирамид (136), (138) у диффундированного или имплантированного солнечного элемента (124) согласно фиг. 9a, 9в удаляется также легированная область и, тем самым, локально в контактной области, pn-переход. При нормальном контактировании (не как на фиг. 9a, 9в) металл с более низкой работой выхода, чтобы получить в полупроводнике p-типа обеднение или инверсию, и легирование при более высоких температурах может привести к короткому замыканию с подложкой (126).

Благодаря форме исполнения согласно фиг. 10a и 10в это должно быть предотвращено. Солнечный элемент (144), изображенный схематично и в разрезе, имеет структурированную полупроводниковую подложку (146) с точечными возвышенностями, такими как пирамиды (148), (150). На полупроводниковой подложке (146) находится первоначально полученный легированный поверхностный слой (152) (эмиттер n+ при подложке p-типа или p+ при подложке n - типа), высоколегированный слой (154), полученный после удаления вершин пирамид (148), (150) только в контактной области, контактный металл (156) и пассивирующий слой (158).

Преимущественно методом диффузии или ионной имплантации в месте контакта получается высоколегированная область (154), причем пассивирующий слой (158) выступает в качестве маски. Затем, как принято при обычной технологии изготовления кремниевого солнечного элемента, наносится металл (156) с требуемыми свойствами, и путем создания легированной области (154) получается омический контакт с низким переходным сопротивлением. Вследствие того, что на усеченных пирамидах (150) имеются легированные области (152), благодаря двойной диффузии получаются локально очень сильно легированные области (154) (n++), благодаря чему обратный ток насыщения этих контактов очень мал, а достигаемые напряжения холостого хода и коэффициенты заполнения очень велики. Низкой величине обратного тока насыщения способствует также в значительной степени небольшая площадь контакта согласно изобретению.

Аналогично структуре, изображенной на фиг. 7, для накопления основных носителей заряда преимущественно на тыльной стороне солнечного элемента согласно изобретению в качестве точечных контактов могут использоваться усеченные пирамиды с локальным полем на тыльной стороне для накопления основных носителей.

Согласно фиг. 11 на полупроводниковой подложке (160) находится пассивирующий слой (162) (одинарный или двойной слой, термический SiO2, нитрид кремния и т. д.), контактный металлический слой (164) и высоколегированная зона (170) (при использовании полупроводника p-типа она представляет собой слой p+) в плато структуры, которая образована пирамидами (168), конусами, колоннами и т.п., таким образом, что в основании пирамиды, то есть в плоской части пирамиды (168) имеется pp+) - переход для отталкивания неосновных носителей. Металлический слой (164) выдерживается при соответствующих высоких температурах, чтобы он образовывал с полупроводником или с высоколегированным слоем (170) хороший омический точечный контакт. Однако от слоя (170) можно и отказаться. Металл (164) может наноситься по всей площади, причем он проходит в основном на склонах пирамид, снабженных пассивирующим слоем (162), и тем самым образует очень хороший отражатель на тыльной стороне.

Металл может наноситься и в виде полосок, аналогично тому, как показано на фиг. 8-10, причем расположенные между ними полупроводниковые области могут быть покрыты преимущественно вторым пассивирующим слоем. Благодаря этому возможно использование света, падающего на тыльную сторону.

Второй пассивирующий слой, как и в форме исполнения по фиг. 8, особенно требуется в том случае, если пирамиды (168) усекаются на всей тыльной стороне и тем самым полупроводник локально освобожден от пассивирующего слоя. Аналогично тому, как было показано на фиг. 9 для контактов лицевой стороны, накапливающих неосновные носители, пирамиды (168) могут усекаться и сильно легироваться только в области металлических контактных полосок, а в области между полосками сохраняются полностью пассивированные пирамиды (168).

На основе примеров фиг. 12-15 описываются несколько вариантов расположения контактов (контакты, накапливающие неосновные и основные носители зарядов), которые расположены на одной стороне солнечного элемента. Эта конфигурация должна применяться преимущественно на обратной стороне солнечных элементов, иметь небольшую контактную площадь и быть хорошо пассивированной. Передняя сторона не должна иметь никаких контактов и должна оснащаться только одним, очень хорошим пассивирующим слоем (антиотражательным покрытием) или одной дополнительной контактной системой, накапливающей неосновные носители заряда.

На переднем плане находится структура с заходящими друг за друга МДП- и омическими контактами в сочетании с инверсионным слоем в полупроводнике.

Солнечный элемент (210), изображенный на фиг. 12 и 13, содержит полупроводниковую подложку (212) (в данном случае кремний p-типа), тонкий изолирующий слой (214), через который должны проникать электроны. Изолирующий слой (214) образует вместе с металлической полоской (216) МДП-контакт (230) (металл (216) - изолятор (214) (окисел) - кремний (212) (полупроводник)) для накопления неосновных носителей заряда.

Более широкие металлические полоски (218) образуют омические контакты для накопления основных носителей заряда. Поверхность полупроводниковой подложки структурирована и в данном примере исполнения имеет пирамидальные возвышенности (220, 222, 224). Возможна и другая геометрическая форма, как, например, конус или колонна.

Пирамидальные возвышенности (220, 222, 224) покрыты прозрачным изолирующим слоем (226), который на своей граничной поверхности с полупроводником содержит положительные заряды (в случае использования кремния p-типа). После удаления вершин пирамид и тем самым пассивирующего слоя и, при необходимости, полупроводникового материала может происходить контактирование с металлом.

В соответствии с этим структура состоит из расположенных на некотором расстоянии друг от друга омических контактов (218) (для накопления основных носителей заряда, например, алюминий на кремний), между которыми находятся несколько узких МДП-контактов (230) (для накопления неосновных носителей заряда, например, алюминий - 1,4 нм, оксид кремния, кремний p-типа) с меньшим расстоянием друг от друга. Соответствующие контакты могут быть преимущественно точечными или линейными, причем несколько точек вместе могут образовывать один-единственный омический контакт.

На полупроводниковой поверхности вследствие наличия положительных зарядов в изоляторе может индуцироваться хорошо проводящий инверсионный слой (228). Под МДП-контактом (230) в кремний (212) находится также инверсионный слой, вызванный различием в работе выхода металла и полупроводника.

Неосновные носители заряда (в данном случае электроны), генерируемые светом, падающим спереди и сзади, диффундируют из внутренней части полупроводника к инверсионному слою (228) и движутся вдоль него в горизонтальном направлении к МДП туннельным контактом (230), через который они выходят из полупроводника и попадают во внешний контур тока (отрицательный полюс (234)). Основные носители заряда (в данном случае дырки) отталкиваются от МДП-контактов (218) электрическим полем, господствующим на поверхности в области между омическими контактами (218), накапливаются омическими контактами (218) и выводятся во внешний контур тока (положительный полюс (232)). Таким образом, происходит раздельное накопление основных и неосновных носителей заряда, как это и требуется для функционирования солнечного элемента. В представленном случае происходит накопление носителей заряда обоих видов на одной стороне, преимущественно на тыльной стороне солнечного элемента (210).

На фиг. 14 и 15 изображены разрезы тыльной стороны солнечного элемента (236), который имеет полупроводниковую кремниевую подложку (238) с пирамидальными возвышенностями (240, 242). Перед формированием возвышенности (240, 242) из полупроводниковой подложки образовывались ступенчатые выступы (244, 245). Затем на эти выступы (244, 245) осаждался металл (248) для образования омических контактов (257). Затем вся поверхность полупроводниковой подложки покрывалась пассивирующим слоем (246). После этого снимаются вершины пирамид и тому подобные возвышенности (240, 242), то есть пассивирующий слой и, в случае необходимости, участки полупроводникового материала, чтобы расположить тонкий изоляционный слой (250) на освобожденной подложке. Затем область между омическими контактами (257) покрывается металлом (252). Металл (252) в соответствии с плоским расположением изолирующего слоя (250) с находящимся под ним и лежащим открыто полупроводником образует металлический слой МДП-контактов (254). На полупроводниковой поверхности индуцируется инверсионный слой (253).

Другими словами, расположенный участками металл (252), изолирующий слой (250) и полупроводниковая подложка представляет собой МДП-контакт (254).

Сам выступающий омический контакт (257) на своей поверхности может быть ровным или - так же, как и промежуточная область - может состоять из усеченных пирамид или других возвышенностей. Нанесение металла для выступающих контактов (257) может происходить по всей площади перед формированием выступающих областей полупроводника, то есть возвышенностей (244), (245), или дополнительно, преимущественно с самоюстировкой, путем напыления под заданным углом в вакууме. В последнем случае напыление происходит под очень плоским углом, благодаря чему один из фронтов выступающей полупроводниковой области покрывается большим количеством металла, а поверхностная область - существенно меньшим количеством металла. Металл может наноситься на выступающие области также и с помощью механической маски.

Металлизация (248) выступающих областей (244), (245) может происходить также только после нанесения пассивирующего слоя (246) и после локального удаления этого слоя на верхней стороне областей (244) и (245). В этом случае металл, по крайней мере участками, покрывает пассивирующий слой (246).

Чтобы простым образом получить определенное, минимальное расстояние между омическим контактом (257) и МДП-контактом (254), не опасаясь локального короткого замыкания, согласно изобретению, после изготовления омических контактов (257) металл для МДП-контактов (254) напыляется в вакуумной напылительной установке преимущественно в вертикальном направлении. При этом происходит равномерное напыление как в расположенной глубоко МДП контактной области, так и на выступающих омических контактах (248), а на вертикальных или слегка наклонных фронтах металл не осаждается совсем или только в небольшом количестве. Травление металла гарантирует, что фронты выступающих контактных областей (244) свободны от металла, и тем самым без специальной юстировки происходит точное разделение омических контактов (257) и МДП-контактов (254).

МДП-контакт (254), расположенный между омическими контактами (257), представляет собой в собственном смысле этого слова МДП контактную область, которая составляется из отдельных МДП-контактов (249), которые, однако, гальванически соединены друг с другом через металлизацию (252) и образуют отрицательный полюс (256),

На фиг. 16 представлена дальнейшая форма исполнения солнечного элемента (258), который имеет на обратной стороне омические контакты (257) и, соответственно, МДП контакты (254), накапливающие неосновные и основные носители заряда.

Чтобы получить структуру контактов (254) и (257), в соответствии с изобретением происходит механическая обработка, преимущественно с помощью параллельно проходящих проволок, которые расположены на требуемом расстоянии друг от друга и имеют необходимый диаметр для образования желобков (260) и (262) и возвышенностей (264).

В области выступов (244) и (245), свободные внешние поверхности которых оснащены металлизацией (248) для образования омических контактов (257), проволока отсутствует или расстояние между проволоками выбрано таким, чтобы полупроводниковая подложка (238) в этих областях не срезалась.

В примере исполнения тыльной стороны солнечного элемента (258) согласно фиг. 16 за один-единственный рабочий ход формируется структура МДП-контактов (254), а также создается геометрия омических контактов (257).

Следует также упомянуть, что вместо инверсионного слоя (253) может также вноситься n+ - слой при полупроводниковой подложке p-типа, причем контакты к n+- слою могут быть образованы МДП-типом или в качестве омических контактов.

Хотя на фиг. 12-16 изображены тыльные стороны МДП солнечных элементов (210), (236), (258) с инверсионным слоем, можно выбрать соответствующую структуру тыльной стороны также и для солнечных элементов pn - типа.

Структурирование согласно изобретению, преимущественно с помощью проходящих параллельно друг другу проволок или прочих механических структурирующих элементов, ограничено, разумеется, не только полупроводниковым материалом. Более того, согласно изобретению, может быть обработан в требуемом количестве любой структурируемый материал, в частности, такой материал, который должен использоваться в оптике.

В соответствии с формой исполнения, изображенной на фиг. 4, согласно изобретению, может также структурироваться носитель солнечного элемента.

Соответствующее структурирование происходило у солнечного элемента, изображенного в разрезе на фиг. 17. Так, например, была структурирована несущая подложка (268), механическим способом, описанным выше, то есть, в частности, с помощью расположенных параллельно друг другу пильных полотен, проволок или также с помощью набора лезвий, чтобы между углублениями (270) и (272) проходили возвышенности (274).

После того, как структура сформирована, вся поверхность покрывается пассивирующим слоем (276), который служит в качестве диффузионного барьера. В качестве пригодных материалов можно назвать, например, нитрид кремния или оксид алюминия. Затем пассивирующий слой (276) снимается в области возвышенностей (274), например, путем шлифовки, так, чтобы подложка (268) обнажалась на небольшой площади. После этого на структурированную поверхность подложки (268) по всей площади осаждается полупроводниковый слой (278), благодаря чему одновременно образуется хороший омический контакт с подложкой (268). В прочих областях с большой площадью реакция между материалом подложки и полупроводниковой пленкой (278) исключена. Это означает, что примеси не могут продиффундировать в полупроводниковый материал.

Теперь на полупроводниковой пленке (278) может быть построен солнечный элемент, который соответствует, например, солнечному элементу, изображенному на фиг.4. Разумеется, на полупроводниковой пленке (278) может быть построен также и солнечный элемент с инверсионным слоем.

Далее следует указать на то, что при использовании монокристаллической исходной подложки после нанесения пассивирующего слоя (276) и по крайней мере частичного удаления этого слоя на возвышенностях (276), благодаря формированию затравки, в окнах может образовываться эпитаксиальный слой. Такой процесс имеет преимущество, в частности, в том случае, если вместо линейных возвышенностей представлена пирамидная структура, так что эпитаксиальный слой наращивается с верхушек пирамид.

Описанные выше мероприятия обеспечивают преимущество, заключающееся в том, что лишь немногие примеси могут диффундировать из кристаллического, невысококачественного полупроводникового материала в эпитаксиальный слой, поскольку большая часть поверхности подложки, преимущественно более чем 95%, покрыта пассивирующим слоем.

Техническое решение применимо к любым полупроводниковым материалам, то есть ко всем видам полупроводников, элементарным и сложным полупроводникам.

Далее следует указать на то, что возвышенности могут иметь различную высоту. Кроме того, пассивирующий слой не обязательно должен быть удален со всех возвышенностей. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ изготовления солнечного элемента, содержащего полупроводниковую подложку для генерирования носителей заряда под действием лучистой энергии и электропроводящие контакты для отвода носителей заряда, заключающийся в том, что по меньшей мере на одной поверхности полупроводниковой подложки выполняют возвышенности, затем поверхность подложки по существу по всей площади покрывают пассивирующим слоем, с возвышенностей по меньшей мере частично удаляют находящийся на них пассивирующий материал и по меньшей мере на освобожденные таким образом области возвышенностей непосредственно или с промежуточным слоем, а также по участкам на пассивирующем материале, имеющемся на отходящих от возвышенностей скосах, наносят материал, образующий электропроводящие контакты, отличающийся тем, что возвышенности образуют без маскирования путем механического удаления и/или стравливания полупроводникового материала и по меньшей мере пассивирующий материал с возвышенностей удаляют таким образом, что получают платообразную область, от свободной верхней площадки которой отходят скосы и в которой полупроводниковый материал проходит открытым.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал, образующий электропроводящие контакты, наносят на платообразную область возвышенностей, а также по меньшей мере на один из скосов без использования специальной маски.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление по меньшей мере пассивирующего материала осуществляют механически и/или химико-механически, и/или путем бомбардировки ионами, и/или травлением, таким, как ионное, лазерное или плазменное травление.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с пассивирующим материалом удаляют полупроводниковый материал.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что возвышенности выполняют в виде полос, по существу на каждую возвышенность наносят материал, образующий электропроводящий контакт, причем ширину платообразной области выполняют большей, чем удвоенная толщина пассивирующего слоя.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на большой поверхности и по существу одновременно по меньшей мере с нескольких возвышенностей удаляют пассивирующий материал и, при необходимости, материал полупроводниковой подложки в желаемом объеме.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал, образующий электропроводящий контакт, осаждают в вакууме под углом к плоскости, проходящей через платообразные области возвышенностей, причем 90o> >0o, предпочтительно 30o> >1o,.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал, образующий электропроводящий контакт, осаждают электролитически или посредством бестоковой металлизации.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что возвышенности образуют путем удаления полупроводникового материала или основы, предназначенной для нанесения на нее полупроводникового материала, например, посредством размещенных параллельно друг другу пильных полотен или проволок, которые перемещают относительно полупроводникового материала или основы.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что пассивирующий слой используют в качестве маски для последующих наносимых или образуемых слоев, в частности для материала, образующего электропроводящие контакты, или для диффузии, или ионной имплантации для образования легированных поверхностных слоев в полупроводниковой подложке.

11. Солнечный элемент, содержащий полупроводниковую подложку, в которой под действием падающей на нее лучистой энергии возникают носители заряда, электропроводящие контакты для отвода разделенных электрическим полем носителей заряда, причем по меньшей мере на одной поверхности полупроводниковой подложки выполнены имеющие скосы возвышенности, снабженные электропроводящими контактами для отвода носителей заряда, при этом поверхность полупроводниковой подложки по меньшей мере в зоне между контактами покрыта пассивирующим материалом, образующим пассивирующий слой, а контакты размещены на вершинных участках возвышенностей, предварительно покрытых пассивирующим материалом, с которых удален пассивирующий материал и, при необходимости, полупроводниковый материал, и по меньшей мере по участкам проходят вдоль скосов по пассивирующему материалу, отличающийся тем, что пассивирующий слой в зоне возвышенности по меньшей мере частично представляет собой участки выполненной платообразно зоны, от которой отходят скосы и в которой материал полупроводниковой подложки или нанесенный на него слой проходит открытым и материал, образующий электропроводящий контакт, проходит по платообразной зоне и вдоль по меньшей мере одного из отходящих от нее скосов.

12. Элемент по п.11, отличающийся тем, что скосы возвышенностей выполнены по меньшей мере частично вогнутыми.

13. Элемент по п. 11, отличающийся тем, что контакт вдоль открытого участка полупроводникового материала имеет поперечный размер меньше, чем вдоль скоса.

14. Элемент по п.11, отличающийся тем, что возвышенности проходят по существу параллельно друг другу и предпочтительно ограничены желобообразными углублениями.

15. Элемент по п.11, отличающийся тем, что возвышенности с небольшими поверхностями образованы выступающими с поверхности полупроводниковой подложки пирамидами, усеченными пирамидами, конусами, усеченными конусами или колоннами.

16. Элемент по п.11, отличающийся тем, что возвышенности и/или проходящие между ними желобообразные углубления текстурированы в области их оснований.

17. Элемент по п. 11, отличающийся тем, что расстояние a между возвышенностями составляет 30 мкм < a < 2000 мкм, предпочтительно 50 мкм < a < 30 мкм.

18. Элемент по п.11, отличающийся тем, что проходящие между возвышенностями желобообразные углубления имеют глубину t 25 мкм < t < 200 мкм.

19. Элемент по п.11, отличающийся тем, что расстояние a между возвышенностями и глубина t углублений относятся как 10 > a/t > 1,5.

20. Солнечный элемент, содержащий полупроводниковую подложку, в которой под действием падающей на нее лучистой энергии возникают носители заряда, и размещенные на одной стороне полупроводниковой подложки первые контакты для отвода неосновных носителей заряда и вторые контакты для отвода основных носителей заряда, отличающийся тем, что первые и вторые контакты размещены на поверхности полупроводниковой подложки, имеющей возвышенности, причем первые и вторые контакты размещены, по меньшей мере частично, на предварительно покрытых пассивирующим материалом и затем освобожденных от него участках возвышенностей непосредственно, или на изоляционном слое, или на поверхностно легированном слое полупроводникового материала.

21. Элемент по п.20, отличающийся тем, что возвышенности имеют форму пирамид, конусов или цилиндров или проходят полосами и ограничены желобообразными углублениями, проходящими по существу параллельно друг другу.

22. Элемент по п. 20, отличающийся тем, что первые контакты являются омическими контактами, а вторые контакты являются МДП-контактами, причем расстояние между омическим контактом и МДП-контактом меньше, чем между двумя соседними МДП-контактами.

23. Элемент по п. 22, отличающийся тем, что расстояние между МДП-контактом и омическим контактом составляет по существу половину расстояния между двумя следующими друг за другом МДП-контактами.

24. Элемент по п.22, отличающийся тем, что проходящие параллельно поверхности полупроводниковой подложки свободные наружные поверхности первых и вторых контактов располагаются по существу в одной плоскости.

25. Солнечный элемент, содержащий полупроводниковую подложку, в которой под действием падающей на нее лучистой энергии возникают носители заряда, и размещенные на одной стороне полупроводниковой подложки первые контакты для неосновных носителей заряда и вторые контакты для основных носителей заряда, отличающийся тем, что первые электропроводящие контакты или образованные ими зоны располагаются по существу по всей поверхности между вторыми электропроводящими контактами и первые и вторые электрические контакты своими свободными наружными поверхностями проходят на различных уровнях.

26. Элемент по п.25, отличающийся тем, что на виде сверху его обратной стороны первые контакты или образованные ими зоны и вторые контакты образуют по существу замкнутую поверхность.

27. Элемент по п.25, отличающийся тем, что первые электропроводящие контакты являются МДП-контактами, а вторые электропроводящие контакты являются омическими контактами, которые, в свою очередь, размещены на выпуклой области полупроводниковой подложки.

28. Солнечный элемент, содержащий полупроводниковый материал, в котором под действием падающей на него лучистой энергии возникают носители заряда, и размещенные на его лицевой стороне и на его тыльной стороне контакты для отвода разделенных электрическим полем носителей заряда, отличающийся тем, что расположенный на его тыльной стороне контакт образован возвышенностями подложки, которая покрыта пассивирующим слоем, удаленным в зоне возвышенностей, и по пассивирующему слою и свободным от него возвышенностям проходит полупроводниковый материал.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru