Спосіб одержання сонячного елемента, застосування тетрахлориду кремнію у ньому та тонкоплівковий сонячний елемент одержаний цим способом

1. Спосіб одержання сонячного елемента осадженням з парової фази кремнієвої плівки на поверхні субстрату з використанням вихідної речовини на основі кремнію та подальшою обробкою покритого субстрату для формування сонячного елемента, який відрізняється тим, що вказаною вихідною речовиною є тетрахлорид кремнію, а покритий субстрат: - очищають та текстурують, - потім дифундують з парової фази або іншого джерела легуючі добавки при 800-1000 °С, - скляний шар, утворений протягом дифузії, видаляють, - тонке противідбивне покриття осаджують на електрично активній кремнієвій плівці, та 2 (19) 1 3 95942 4 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що епітаксіальну кремнієву плівку осаджують зі швидкістю 2000-6000 нм/хв. 10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що вихідною речовиною є тетрахлорид кремнію, змішаний щонайменше з однією сполукою хлору або водню з елементами третьої, четвертої або п'ятої головних груп Періодичної системи елементів, яка може бути переведена у парову фазу. 11. Тонкоплівковий сонячний елемент або кремнієвий тонкоплівковий сонячний елемент, одержаний способом за будь-яким з пп. 1-10. 12. Застосування тетрахлориду кремнію для одержання плівки, осадженої на субстраті з парової фази у способі за будь-яким з пп. 1-10. 13. Застосування тетрахлориду кремнію за п. 12 для одержання плівки, осадженої епітаксіально з парової фази на субстраті. 14. Застосування тетрахлориду кремнію за п. 12 або 13 для одержання нелегованої або легованої кремнієвої плівки на субстраті засобами осадження з парової фази. 15. Застосування тетрахлориду кремнію за будьяким з пп. 12-14 для одержання плівки на основі кремнію на субстраті, вибраному з групи, яку складають SiC, SiNx, SiOx, з х = від 0,1 до 2, засобами осадження з парової фази. 16. Застосування тетрахлориду кремнію за будьяким з пп. 12-14 для одержання кремнієвої плівки засобами осадження з парової фази на субстраті, який містить кремній. 17. Застосування тетрахлориду кремнію за будьяким з пп. 12-16 для одержання тонкоплівкових сонячних елементів або тонкоплівкових сонячних елементів на основі кристалічного кремнію. 18. Застосування тетрахлориду кремнію за п. 17 для одержання тонкоплівкового сонячного елемента на основі кристалічного кремнію або тонкоплівкового сонячного елемента, забезпеченого епітаксіально легованою або нелегованою кремнієвою плівкою. Винахід стосується способу одержання кремнієвої плівки на поверхні субстрату шляхом осадження з парової фази, використовуючи як вихідну речовину, речовину на основі кремнію. Даний винахід також стосується сонячних елементів та нового застосування тетрахлориду кремнію. Зараз існує велика необхідність в одержанні сонячних елементів, які б мали все меншу і меншу вартість. Базова структура сонячного елемента загалом включає базовий контакт, електрично-активну абсорбуючу плівку, яка може бути нанесена на субстрат, який не є придатним для безпосереднього одержання сонячних елементів, емітерний шар, до якого приєднується емітерний контакт, та противідбивне/захисне покриття, до якого приєднується емітерний контакт. На сьогоднішній день, основний тип сонячного елемента, тобто відомого як сонячний елемент на основі кремнієвої пластини, містить кремнієву пластину товщиною 200-300 мкм. Більш того, для повного забезпечення потреб у кремнії для цієї пластини, виробництво потребує значної кількості кремнію, який втрачається як відходи. Тонкоплівкові сонячні елементи на основі кристалічного кремнію (ТПКК сонячні елементи) поєднують в собі переваги "звичайних" сонячних елементів на основі кремнієвих пластин та тонкоплівкових сонячних елементів. Абсорбуюча плівка кристалічного кремнію має товщину лише 540 мкм та наноситься на недорогий субстрат. Таким чином, не відбуваються втрати дорогого кремнію високої чистоти. Тому ТПКК сонячні елементи є багатообіцяючою альтернативою для виробництва сонячних елементів з меншими затратами. Виробництво ТПКК сонячних елементів і досі потребує стадії осадження тонкої плівки кремнію, зазвичай, за допомогою парової фази. Вже давно відомо, що кремній може бути осаджений на субстраті у формі тонкої плівки шляхом розпаду сполуки металу у газовій або паровій формі, тобто, застосовуючи CVD спосіб (Chemical Осадження з парової фази- хімічне осадження з парової фази). Приклади конкретних технологій осадження включають способи PECVD (PlasmaEnhanced Chemical Осадження з парової фазипосилене плазмою хімічне осадження з парів) та "осадження під високою напругою". Застосовуються кремнієвмісні гази-носії (вихідніречовини). Зазвичай, це моносилан (SiH4), дихлорсилан (H2SiCI2) або трихлорсилан (HSiCI3). Недоліком цих сполук є те, що вони є горючими або навіть самозаймистими, особливо у випадку моносилану. Тому, під час використання цих сполук у промислових масштабах, мають бути прийняті комплексні та дорогі заходи безпеки. Задачею даного винаходу є розробка іншого шляху осадження тонких плівок кремнію на поверхні субстрату, зокрема, для виробництва сонячних елементів. Згідно з винаходом, задача була вирішена відповідно до деталей, поданих у формулі винаходу. Несподівано було виявлено, що тонкі кремнієві плівки можуть бути осаджені з парової фази на поверхні субстрату простим та економічним шляхом, зокрема, для виробництва сонячних елементів, якщо застосованою вихідною речовиною є тетрахлорид кремнію, переважно SiCI4 високої чистоти. Згідно з винаходом, застосування тетрахлориду кремнію як вихідної речовини замість моносилану, дихлорсилану або трихлорсилану, дозволяє уникнути вказаних недоліків. Наприклад, фінансові, технічні та затрати на службовий персонал для транспортування, зберігання та утилізації вихідних речовин значно знижуються порівняно з попереднім рівнем техніки, 5 тому що плівки, одержані згідно з винаходом, можуть бути повністю осадженими більш сприятливим шляхом. Ця перевага особливо важлива у випадку відносно товстих плівок, оскільки у цих випадках затрати на вихідні гази переважають над затратами на осадження. Більш того, якщо застосовується SiCl4, технічна якість кремнієвих плівок, осаджених згідно з винаходом, для потреб фотоелектричної енергетики, є у всіх відношеннях вищою порівняно з якістю систем, одержаних з використанням, наприклад, HSiCI3. Сонячні елементи, одержані згідно з винаходом, також показують високу ефективність, яка у всіх відношеннях дорівнює ефективності сонячних елементів попереднього рівня техніки. Тим не менш, внаслідок застосування SiCI4, сонячні елементи, які отримуються згідно з винаходом, можуть бути одержані зі значно меншими затратами та тому мають більшу перевагу, ніж сонячні елементи, відомі з попереднього рівня техніки. З цієї причини, задачею даного винаходу є спосіб одержання кремнієвої плівки на поверхні субстрату шляхом осадження з парової фази, використовуючи як вихідну речовину, речовину на основі кремнію, який відрізняється тим, що застосована вихідна речовина є тетрахлоридом кремнію. Для виконання способу даного винаходу можуть бути застосовані прилади або апарати, які, по суті, відомі, наприклад, комерційно доступні реактори для окремих пластин або групового процесу, або реактори, які були спеціально розроблені для фотоелектричної енергетики, такі як ConCVD наданий Hurrle та ін. [A.Hurrle, S. Reber, N. Schillinger, J. Haase, J. G.Reichart, High Throughput Continuous th CVD Reactor for Silicon Depositions, in Proc.19 European Conference on Photovoltaic Energy Conversion, J. - L Bal W.Hoffmann, H. Ossenbrink, W. Palz, P. Helm (Eds.), (WIP-Munich, ETAFlorence), 459 (2004)]. Послідовність дій у способі згідно з винаходом переважно така - тетрахлорид кремнію високої чистоти випаровують, за необхідністю разом з однією або кількома додатковими вихідними речовинами, вибраними з групи, яку складають хлориди та/або гідриди, та - перемішують з газом-носієм, переважно з аргоном та/або воднем, - газову суміш у реакційній камері приводять в контакт з субстратом, який має бути покритий плівкою, та реакційну камеру нагрівають до температури від 900 до 1390 °C, переважно від 1100 до 1250 °C, - тонку, якщо необхідно, леговану кремнієву плівку осаджують на поверхні субстрату, та - летючі побічні продукти реакції видаляють з реакційної камери. В цьому випадку, прийнята послідовність дій може бути такою, що, перш за все, вихідну речовину та газовий носій змішують перед стадією осадження та подають до реакційного простору. Однак, послідовність дій також може включати 95942 6 подачу вихідної речовини та газового носія до реакційної камери окремо, у такому випадку вони змішуються у реакційній камері та вступають у взаємодію з гарячим субстратом. Більш того, осадження з парової фази може бути виконане шляхом термічного розпаду високочистого тетрахлориду кремнію під абсолютним тиском 0,8-1,2 бар, переважно під атмосферним тиском. Більш того, переважно для газової суміші або газового носія та вихідних речовин, середній час перебування у реакційній камері може складати 0,05-5 с, переважно 0,1-1 с. Для осадження субстрат у реакційній камері переважно нагрівають термічно, електрично або шляхом опромінення (ламповий нагрів), тобто доводять до температури, придатної для розпаду вихідної речовини. Переважно субстрат, який має бути покритий, зокрема, хоча і не тільки, для виробництва ТПКК сонячних елементів, піддають впливу умов реакції у реакційній камері протягом 2-30 хв, переважно 510 хв. У цьому випадку, переважно осаджувати епітаксіальну кремнієву плівку зі швидкістю 20006000 нм/хв. У способі згідно з винаходом на поверхні субстрату переважно осаджувати епітаксіальну кремнієву плівку, переважно гомо-епітаксіальну плівку. Тому, згідно з винаходом, осадження з парової фази може бути здійснене для отримання тонкої плівки кремнію, зокрема, з товщиною 10-50000 нм, бажано 500-40000 нм, в діапазоні 1-8 мкм та 15-25 мкм, що є більш переважним, на поверхні субстрату полікристалічного або аморфного кремнію, та переважно може бути застосоване для виробництва тонкоплівкових сонячних елементів або тонкоплівкових сонячних елементів на основі кристалічного кремнію. Тим не менш, осадження також може бути здійснене на інших, головним чином, термічно стабільних субстратах. Більш того, у способі згідно з винаходом застосованою вихідною речовиною переважно може бути SiCI4, змішаний, щонайменше, з однією сполукою хлору або водню, яка може бути переведена у парову фазу, вибраною з елементів третьої, четвертої або п'ятої головних груп періодичної системи елементів, переважно з хлоридом бору, германію, фосфору, або відповідними гідридами, наприклад, дибораном або фосфіном. Більш того, субстрат, який був покритий згідно з винаходом, може бути підданий подальшій обробці для формування сонячного елемента. З цією метою, покритий субстрат можна способом, по суті відомим, спочатку - очистити та текстурувати, наприклад, застосовуючи гарячий розчин КОН/ізопропанол/Н2O або плазмохімічними засобами, - потім напилити з парової фази або іншого джерела легуючих добавок при 800-1000 °C, наприклад, застосовуючи РОСІ3, - скляна підкладка, утворена протягом напилення, може бути видалена, наприклад, застосовуючи фтороводневу кислоту, 7 - тонке противідбивне покриття, наприклад, SiNx:H, може бути осаджене на електричноактивній кремнієвій плівці, та - потім металеві контактні елементи можуть бути нанесені на передню та задню поверхні, застосовуючи трафаретний друк, та приєднані, застосовуючи термозварювання. Для прикладу, хоча і не єдиного, також може бути прийнята наступна послідовність дій: - травлення кислотою або лугом, - наступне напилення з парової фази, застосовуючи РОСІ3 при 800-850 °C, видалення фосфорного скла, утвореного протягом напилення, застосовуючи соляну кислоту, - нарощення тонкого пасивованого оксиду на електрично-активній кремнієвій плівці, - потім встановлення металевого контакту на емітері літографічним виробничим способом та нанесення на нього покриття шляхом випаровування системи металевого електропровідного шару, яка переважно містить Ті, Pd та Аg та застосування способу зворотної літографії, та - потім переважно одержання базового контакту на зворотній стороні покритого субстрату шляхом нанесення покриття випаровуванням алюмінію, переважно шаром приблизно 200 нм. - додатково, потім можна нанести противідбивне покриття, яке містить, наприклад, діоксид титану та фторид магнію. Загалом, даний винахід виконується наступним шляхом: субстрат, який необхідно покрити, в основному попередньо оброблюють за допомогою засобів рідких реактивів, як описано вище, та зазвичай вводять у реакційну камеру, очищують аргоном або воднем та нагрівають до температури, придатної для розкладання вихідної речовини. SiCI4 випаровують придатним шляхом, якщо необ Комп’ютерна верстка М. Ломалова 95942 8 хідно, легують та перемішують з аргоном та/або воднем, наприклад, у молярному співвідношенні 1:100 % SiCI4 відносно водню. Газову суміш можна потім подати у реакційну камеру, де кремнієву плівку осаджують на поверхні нагрітого субстрату. Даний спосіб належним чином здійснюється при атмосферному тиску. Однак, його також можна здійснити при зниженому або підвищеному тиску. Побічні продукти реакції, які утворюються, загалом видаляються та викидаються. Субстрат, який покритий таким шляхом, може також переважно застосовуватись способом, по суті відомим, для виробництва сонячних елементів. Тому даний винахід також стосується тонкоплівкових сонячних елементів на основі кристалічного кремнію, одержаних способом згідно з винаходом. Додатковим об'єктом даного винаходу є застосування тетрахлориду кремнію для одержання плівки, осадженої на субстраті з парової фази, переважно епітаксіальної кремнієвої плівки, яку успішно одержують способом даного винаходу. Плівка може бути нелегованою або легованою кремнієвою плівкою. Тетрахлорид кремнію також успішно може бути застосований для одержання плівки на основі кремнію на субстраті, вибраному з групи, яку складають SiC, SiNx, SiOx, у кожному випадку з х = від 0,1 до 2, або на кремнію, наприклад, на кремнієвій пластині, засобами осадження з парової фази. Тому об'єктом даного винаходу є також застосування згідно з винаходом тетрахлориду кремнію для виробництва тонкоплівкових сонячних елементів або тонкоплівкових сонячних елементів на основі кристалічного кремнію, які можуть успішно забезпечуватись епітаксіальною легованою або нелегованою кремнієвою плівкою. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601