Спосіб виготовлення сонячного елемента

1. Спосіб виготовлення сонячного елемента, який включає операції формування на лицьовій поверхні n+ шару, створення на тильній поверхні підкладки p+ шару, травлення торців пластини, нанесення просвітлюючого покриття і формування контактів, який відрізняється тим, що n+ шар, легований фосфором, утворюють шляхом двоетапної дифузії з заганянням домішки протягом 5-20 хв і розгонкою домішки протягом 30-100 хв при температурі 790...870°С, проводять плазмохімічне травлення торців, формують просвітлювальне покриття на шарі фосфорносилікатного скла, який утворюється у процесі дифузії фосфору, наносять контактні пасти на тильну і лицьову поверхні, які після сушіння впікають при температурі 800...920°С. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що n+ шар формують на лицьовій поверхні, яка має високий коефіцієнт оптичного відбиття (наприклад текстурована поверхня). U 2 16254 1 3 16254 4 пластин після різки для видалення механічних легірування для утворення тягнучих електричних пошкоджень, кислотна обробка для нейтралізації полів у тримірному просторі, підвищення часу житлужних залишків, окислення підкладки, видалення тя носіїв заряду як у об'ємі, так й на поверхні, а оксидного шару на тильній поверхні; дифузія бора також пасивацію торців пластини, де відкритий для формування p+ шара, формування рельєфної електронно-дірковий перехід піддається різного лицьової поверхні підкладки методами фотолітогроду забрудненням, що збільшує струми утікання, рафії і хімічного травлення; хімічне видалення підвищується зворотній струм р-n переходу і зниокисла та поверхового шару кремнію з лицьової жується ефективність перетворення. Досягнуте сторони; створення n+ шара; нанесення антивідбизначення ККД склало 17,2% при високому значенні вних покрить; формування контактів. щільності току короткого замикання 36мА/см2, але У результаті отримують сонячні елементи з це - далеко не граничне значення ККД для сонячвисокими параметрами: напруга холостого ходу ного елементу на базі монокристалічного кремнію. 620-670 мВ, щільність току короткого замикання Задачею корисної моделі, яка пропонується, є 36-40 мА/см2, ККД 19-24%, але при цьому підвирозробка способу виготовлення сонячного елемещується трудомісткість виготовлення на 35-40% та нту, який би забезпечував зниження енергетичних вартість. витрат та трудомісткості виготовлення за рахунок До недоліків відомого способу треба віднести проведення процесів легірування при відносно необхідність проведення допоміжної високотемпенизьких температурах, формування профілю легіратурної операції окислення, яка призводить до рування фосфором для створення тягнучих електпогіршення рекомбінаційних параметрів підкладки ричних полів, процесів гетерування і пасивації пота, як наслідок, до зменшення ефективності соняверхні, підвищення відбиття інфрачервоного чного елементу, а також формування маскувальвипромінювання від тильної поверхні. ного шару та проведення операції двох роздільних Ця задача вирішується тим, що у відомому процесів текстурування. У конструкції сонячних способі виготовлення сонячного елементу, який елементів з ефективністю перетворення 21% включає технологічні операції формування на ли[W.P.Mulligan, D.H.Rose, M.J.Cudzinovic цьової поверхні n+ шару, створення на тильної Manafacture of solar cells with 21% Efficiency // 19 th поверхні підкладки p+ шару, травлення торців плаEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference, 7стини, нанесення просвітлюю чого покриття і фор11 June 2004, Paris, France. - P.387-390] формують мування контактів, згідно корисної моделі, n+ шар на тильній поверхні пластини рознесені за вертистворюють шляхом двоетапної дифузії з заганянкаллю галузі з комплементарними один одному ням домішки протягом 5-20хв і розгонкою домішки провідними властивостями. Контакти до цих галупротягом 30...100 хв при температурі 790-870°С, зей створюють у вікнах, виконаних у пасивувальпроводять плазмохімічне травлення торців, форному шарі оксиду кремнію методом фотолітограмують просвітлювальне покриття на шарі фосфофії. У промисловій технології використовується рносиликатного скла, який утворюється у процесі дорогий монокристалічний кремній з часом життя дифузії фосфору, наносять контактні пасти на носіїв заряду більш 1 мс, що значно збільшує вартильну і лицьову поверхні, які після сушіння впікатість таких сонячних елементів. Використання у ють при температурі 800-920°С. технології процесів фотолітографії для формуванПри цьому, n+ шар формують на лицьовій поня заданої топології контактів підвищує трудомістверхні, яка має високий коефіцієнт оптичного відкість виготовлення і вартість виробу. биття (наприклад, текстурована поверхня). Найбільш близьким, за технічною сутністю до Крім того, після травлення торців пластини корисної моделі, яка пропонується, є спосіб вигоутворюють пасивуючий шар. товлення сонячного елементу [K.H.Diefenbach, Причому, здійснюють видалення фосфорноK.Erier "Emitter formation at rie textured surfaces // силикатного скла після процесу дифузії і вирощу19 th European Photovoltiac Solar Conference, 7-11 ють пасивуючий шар обробкою пластин у розчині, June 2004, Paris, France. -2004. - P.899-902] у якоякий містить плавикову кислоту, азотну кислоту і му досягнуто зменшення кількості технологічних деіонізовану воду. операцій і підвищення ефективності СЕ. Відомий Окрім того, пасивуючий шар отримують оброспосіб включає наступні технологічні операції: бкою пластину водному розчині, який містить пе- хімічна обробка пластин після механічної різрекис воднію і соляну кислоту. ки; При цьому, пасивуючий шар отримають обро- текстурування лицьової поверхні СЕ; бкою пластин у кисневому середовищі при досяг- створення емиттерного p+ шара методом ненні товщини шару 20 10 нм. дифузії фосфору з джерела POCL3; Крім того, після видалення фосфорносиликат- нанесення анти відбивного покриття; ного скла на поверхні кремнію вирощують пасиву- формування струмоз'ємних контактів. ючий і гетеруючий шар. Недоліком відомого способу є проведення Причому, контакти n- і р- типів провідності фопроцесу дифузії фосфору при температурі 850°С рмують після нанесення на пасивувальний шар протягом 25 хв, тобто одно стадійної дифузії, що є антивідбивного покриття. причиною утворення приповерхневого шару елекА перед формуванням n+ шару поверхнею тронної провідності. Це призводить до утворення формують шар гетера. центрів рекомбінації, зниження часу життя носіїв Спосіб виготовлення сонячного елементу, що заряду та, як наслідок, до зменшення ефективноспропонується, за рахунок вибору технологічних ті сонячного елементу. Цей спосіб виготовлення режимів проведення двоетапної дифузії фосфору, не забезпечує можливість формування профілю нанесення гетеруючих, пасивувальних, антивідби 5 16254 6 вних шарів, формування контактних систем до або калію; шарів з різними типами провідності забезпечує 2. Текстурування поверхні пластин обробкою у рішення поставленої задачі. гарячих лужних розчинах натрію або калію з ввеВибір діапазону температур 790°С...870°С для денням стабілізуючих домішок; формування n+-шару методом дифузії фосфору 3. Дифузія фосфору у дві стадії: обумовлений тим, що при температурі 700°С не а - дифузія фосфору при температурі, наприутворюється n-р перехід з поверхневою концентклад, 830°С протягом 10 хв з газового середовища рацією 5.1018...1019 см-3, значення якого необхідно РОСL3; для досягнення високого значення ефективності для стабілізації тиску у реакційній камері диперетворення сонячного елементу вище 16%. фузант подається через двокамерний живильник; Верхня межа діапазону 870°С обумовлена б - процес розгонки фосфору зі сформованого тим, що при підвищенні цього значення у кремнії на поверхні фосфорносиликатного скла, напривідбувається термоактиваційні процеси, які зниклад, протягом 60 хв. Такий режим проведення жують час життя носіїв заряду і, як наслідок, ефекдифузії забезпечується профіль розподілу доміштивність перетворення. ки у галузі р-n переходу і у приповерхневій галузі, Крім того, при поверхневий шар має підвищепри якому напруга холостого ходу і струм короткону концентрацію домішок вище 5.1019 см-3, що приго замикання максимальні. зводить до утворення рекомбінаційних центрів і 4. Плазмохімічне травлення торців пластин; зниження ефективності перетворення. 5. нанесення просвітляю чого покриття, наприЧасовий діапазон проведення загінки домішки, клад, оксиду титана або танталу методом розпинаприклад, фосфору 5-20 хв обумовлений тим, що лення спиртових розчинів. за час менше 5 хв або більше 20 хв не формуєть6. Формування контактних систем на тильній і ся легіруючий шар з оптимальною концентрацією лицьової поверхнях здійснюється таким чином: легіруючої домішки 5.1019-1019 см-3. - нанесення на тильній стороні алюмінієвої і Часовий діапазон проведення розгонки домішсрібно-алюмінієвої паст; ки, наприклад, фосфору 30-100хв обумовлений - термообробка; формуванням профілю легірування, оптимальної - нанесення срібної пасти, яка містить розкисглибини п-р-переходу 0,2...0,55мкм і поверхневої лювач, на лицьову сторону пластини; - термообробка. концентрації домішки 30...100 Ом/ . Спосіб, що пропонується, не тільки не містить Температура впікання контактних паст у діападодаткової високотемпературної операції окису, зоні 800...920°С обумовлена тим, що при темпераале й забезпечує проведення процесів створення турі нижче 800°С не утворюється омічний контакт з потенційних бар'єрів при відносно низьких темпекремнієм п і р- типу провідності, а при температурі ратурах менше 860°С, що не тільки не знижує час більше 920°С відбувається глибоке проникнення життя носіїв заряду, але й забезпечує його підвиметалу і закорочування п-р-переходу. щення завдяки процесам гетерування. Це вказує За способом, що пропонується, здійснюється на його перевагу по відношенню до відомого сповиготовлення сонячних елементів з дрібнозалягасобу виготовлення сонячного елементу, обраному ючими р-n переходами для досягнення високого в якості прототипу. значення напруги холостого ходу і збільшення току У результаті щільність короткого замикання короткого замикання і, як наслідок, підвищення виготовлених за пропонуємим способом сонячних ККД. Для напруги холостого ходу внутрішніми факелементів досягає значень до 40мА/см2, напругу торами є висока бар'єрна напруга, яка є результахолостого ходу 650мВ, ефективність перетворення том високого ступеню легірування у n- і р-галузях, 19,5%, а трудомісткість виготовлення знижена на низька щільність току насичення, отримана при 25-30%. зниженні впливів поверхових ефектів і ефектів Відповідно, за рахунок вказаної у способі, що сильного легірування. Звичайно при виготовленні пропонується, сукупності і послідовності технолор-n переходів лицьові шари сонячних елементів гічних операцій, режимів їх проведення досягаєтьмістять "мертвий шар", який з'являється через ся значне підвищення якості сонячних елементів сильне легірування (1019-1021см3), що і є причиною та зниження енергетичних витрат при їх виготовзменшення ККД. Даний спосіб дозволяє тримати ленні. тонкі шари з відносно низькою концентрацією у Спосіб виготовлення сонячного елементу, що лицьовому шарі. У результаті досягаються великі пропонується, може знайти широке застосування у дифузійні довжини носіїв заряду, збільшується промисловості, зокрема у напівпровідниковій техвклад дифузійної складової току і зменшується нології виготовлення сонячних елементів на основі величина рекомбінаційного току. кремнію різної модифікації (монокристалічного, Приклад. Виготовлення сонячних елементів мультикристаличного, нанокристаличного та ін.). проводять у такій послідовності: 1. Хімічна обробка пластин кремнію після різки, наприклад, обробкою у лужних розчинах натрію Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601