Спосіб виготовлення високоефективних сонячних елементів на монокремнії

1. Спосіб формування високоефективних структур сонячних елементів на монокремнії, який включає в себе процеси хімічної обробки кремнієвих структур, оксидування, літографії, металізації контактів, який відрізняється тим, що формування структур сонячних елементів проводять на кремнієвих низькотемпературних епітаксійних структурах типу р-p+ на основі контактів металнапівпровідник з проміжним тунельним оксидним шаром, товщиною 2-3нм і легованим рідкісноземельним металом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на кремнієвій епітаксійній структурі вирощують методом газофазної епітаксії шар монокремнію р-типу з питомим опором 10Ом.см і товщиною 3-10мкм. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що формування діодів Шотткі на МОН-структурах прохо U 2 (13) 1 3 рення великої енергетики, досить простої конструкції і технології їх виготовлення. Аналогом заявленого рішення може бути спосіб формування структур сонячних елементів на основі дифузійного р-n-переходу, викладеного у статті Мельник П.І., Запухляк P.I., Новосядлий С.П. Фізико-технологічні особливості формування структур кремнієвих СЕ на основі р-n-переходів // Металофізика і новітні технології-2003 - 125, №3, с.333-352. В аналозі використано типовий технологічний маршрут формування структур сонячних елементів на основі монокремнію КДБ-10 (100), в якому дифузійним чи імплантаційним методом формуються р-n-переходи. Розділення та збір неосновних носіїв заряду проводиться за допомогою алюмінієвої гребінки. Основним недоліком таких сонячних елементів є низький коефіцієнт корисної дії (100м.см) забезпечує: 1) значне зменшення дефектності епітаксійного шару внаслідок відсутності в ньому ізоконцентраційних домішок кисню і вуглецю в порівнянні з кремнієм Чохральського; 2) покращення зарядового стану на межі SiSiO2 до величини 1010еВ-1см-2, а це зменшення генераційно-рекомбінаційних процесів і струмів через ОПЗ; 3) зменшення товщини ОПЗ при збільшенні електричної міцності діелектрика суттєво зменшує тунельні струми через нього і збільшує величину шунтуючого опору Rsh; 4) тунельний оксид, який сформований на такому епітаксійному моно-Si швидким термічним оксидуванням в атмосфері сухого кисню та хлориду рідкісноземельного металу (РЗМ, НоСІ3) значно підвищує його електричну міцність (до 1.107В/см), що зменшує тунельний струм через нього; 5) орієнтація (100) додатково зменшує висоту потенціального бар'єру для p-Si бар'єроутворюючому металу, зокрема алюмінієвому сплаву АКГо1-1. 6) структура р-р+ - формує ізотипний перехід, що суттєво зменшує об'ємний опір напівпровідника та зменшує послідовний опір Rs. Саме зменшення величини послідовного опору Rs досягається формуванням ізотипного прозорого контакту р-р+-типу із оксидів індію та олова (ІТО: InxSnyO2) шляхом пульверизації тильної сторони Si-пластини із структурами СЕ розчином. ІnСl3+Н2O:SnСІ4+5Н2O з наступним швидким термічним відпалом при Т=220-300 °С. Світлова ВАХ такого СЕ на основі діодів Шотткі замість дифузійних р-n-переходів приймала більш прямокутну форму (рис.5). Із неї видно, що напруга холостого ходу Uxx=0,61B, а струм короткого замикання 9 Jк.з.=50мА/см2, які забезпечують фактор заповнення FF=0,80; підвищилась також чутливість елементів в довгохвильовій області спектра (крива 1), а використання пористого кремнію в ролі антивідбивного шару збільшує ці параметри до рівня: Uxx=0,67B, Jк.з.=56,5мА/см2, FF=0,85. Ці параметри теж можна збільшити, якщо зменшувати опір контактів та об'єму напівпровідника. В нашому заявленому рішенні зменшення послідовного опору Rs досягається за рахунок: 1) оптимізованих розмірів струмовідвідних контактів верхньої гребінки для максимального збору струму; 2) використання в ролі алюмінієвих контактів сплаву алюміній-кремній-гольмій АКГо-1-1, який усуває хіллокоутворення та зменшує висоту потенціального бар'єру на 0,15еВ. Відсутність хіллокоутворення дозволяє f і формувати якісний тонкий тунельний оксид (товщиною 2-3нм); 3) ізотипного переходу р-р+ та утворення пор в р^області; 4) формування тильного контакту з використанням широкозонних вироджених напівпровідників типу ІТО (In2O3+SnO2). Шунтуючий опір Rsh для структур металдіелектрик-напівпровідник (МДН) зростає, бо тут область просторового заряду є тоншою і її опір зростає майже на порядок. Суть корисної моделі Виготовлення структур СЕ на основі діодів Шотткі, тобто контакту метал-тунельний оксид напівпровідник технологічно вирішується згідно виконання послідовності наступних операцій технологічного маршруту: 1. Хімічна обробка Si-пластин КДБ-0,1 (100) р+типу в перекисно-аміачній суміші H2O2:NH4OH:H2O=1:1:4, що забезпечує очистку поверхні від і органічних забруднень та проокислення металевих домішок. 2. Низькотемпературне епітаксійне нарощування шару p-Si (КДБ-10 (100)) для створення кремнієвої епітаксійної структури р-р. Перевага епітаксійного р-Sі перед монокристалічним, вирощеним методом Чохральського, полягає у повній відсутності ізоконцентраційних домішок кисню і вуглецю, які є центрами генераційнорекомбінаційних процесів бар'єрів Шотткі. Епітаксійне нарощування шару p-Si здійснюють в епітаксійних реакторах типу «Епіквар-100» піролізом моносилану (дисилану) при температурі 750-850°С в отмосфері водню. Для активації /процесу епітаксійного нарощування використовується ультрафіолетове опромінення суміші SiH4+H2, яка поступає в реактор. Оптимальна товщина епі-шару для формування СЕ складає 6-10мкм. 3. Хімічна обробка перед тонким підзатворним оксидуванням проводиться аналогічно згідно п. 1. 4. Швидке термічне оксидування в сухому кисні та хлориді рідкісноземельного металу НоСІ3 для формування тунельного оксиду, товщиною 2-3нм здійснюється в установці швидкого фотонного відпалу типу «Імпульс-3». Це забезпечує низький зарядовий стан межі Si-SiO2 до величини Qss=1010eB-1см-2. 51487 10 5. Формування металевої сітки та контактів з використанням магнетронного розпилення алюмінієвих мішеней із сплаву алюміній-кремній, легованих рідкісноземельними металами (Al-SiHo(Y,La)-l-l), яке здійснюється на установках типу «Ораторія-5», «Ораторія-11» або «Магна». 6. Фотолітографію по алюмінію, що формує струмозбираючу гребінку та бар'єр Шотткі, і включає в себе операції нанесення фоторезисту ФП383М, сушку, експонування, проявлення та задублення. Зняття фоторезисту здійснюється плазмохімічним процесом в кисневій плазмі. 7. Формування маски із фоторезисту та полііміду типу ГОК до електрохімічного анодування проводиться згідно літографічного процесу нанесення і сушки плівок на центрифузі. Товщина маски складає 1-12мкм. 8. і Електрохімічне анодування тильної р+сторони для формування пористого кремнію електрохімічним анодуванням у потенціогальваностатичному режимі при електроліті складу: сірчана кислота H2SO4(95%)-54,9; плавікова кислота HF (48%)-37,8; над оцтова кислота СН3СОООН-7,5 при густині струму в межах 50-150мА/см2, що і забезпечує пористість в межах 50-75% при товщині 1-12мкм та коефіцієнт заломлення в межах 1,6-1,9. Операція проводиться на установці типу «Паук2К». 9. Зняття фоторезистивної та поліімідної маски в суміші Каро (сірчана і кислота: перекись водню = 1:1). 10. Формування ізотипного контакту плівкою ІТО, осадженою методом пульверизації розчину (ІnСl3+Н2O:SnСІ4+5Н2O) з наступним швидким відпалом при Т=220-300°С. 11. Вимірювання електрофізичних параметрів тестових структур та параметрів структур СЕ тестером Т-4503. 12. Порізка кремнієвих пластин на структури скрайбування на установці типу ЕМ227. Виготовлені за даним маршрутом структури СЕ мали наступні електричні параметри: Uxx=0.69B; Jк.з=72мА/см3, FF=0,87; =28,9, що свідчить про можливість їхнього промислового впровадження для використання у функціонально закінчених виробах. Така технологія дозволяє формувати СЕ з к.к.д. >26%. Джерела інформації: 1. Новосядлий С.П. Фізико-технологічні основи субмікронної технології ВІС/Івано-Франківськ: Смик-2003-351с. 2. Мельник П.І., Новосядлий С.П., Запухляк P.I. Фізико-технологічні особливості формування структур кремнієвих СЕ на основі р-n-переходів. // Металофізика і новітні технології - 2003 - т25, №3С.333-352. 3. К. Чопра, С. Дас. Тонкопленочные солнечные элементы - М: Мир-1986-440с. 4. В.И. Стрита Теоретические основы работы контакта металл-полупроводник - Киев: Наукова думка - 1974 - 135с. Перелік фігур креслення Фіг.1 Структура СЕ на основі контакту металнапівпровідник з проміжним діоксидним шаром: 1 тильний контакт; 2 - пористий кремній; 3 - кремніє 11 51487 ва підкладка р+-типу; 4 - область просторового заряду; 5 - епітаксійний шар р-типу; 6 - плівка діоксиду кремнію (SiO2); 7 - струмозбираюча гребінка (фронтальний контакт). Фіг.2 Залежність к.к.д. СЕ на структурі КМН від роботи виходу бар'єроутворюючого металу. Комп’ютерна верстка О. Рябко 12 Фіг.3 Еквівалентна електрична схема СЕ на структурі діода Шотткі. Фіг.4 Механізми проходження носіїв струму в контакті метал-діелектрик SiO2-n-Si. Фіг.5 Світлова ВАХ СЕ на основі діодів Шотткі, сформованих на КЕС типу р-p+. 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