Способ изготовления фотопреобразователя со сплавными алюминиевыми контактами
Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотопреобразователей, прозрачных в ИК-области, и решает техническую задачу создания надежной двусторонней контактной сетки. Цель изобретения - повышение качества фотопреобразователя при упрощении технологии изготовления. P-n-переход формируют из слоя стекла, содержащего примесь легирующего элемента, который наносится на подложку из растворов фосфор- или борсодержащей композиции. Процесс диффузии бора и фосфора проводят одновременно при 1223-1253 К в течение 1,8
103-2,7103 с . Формирование лицевой и тыльной контактных сеток осуществляют одновременно путем вскрытия в боросиликатном и фосфоросиликатном стекле окон, приведение обеих сторон подложки в контакт с жидким алюминием - при 923-1123 К в течение 0,1-1,5 с и охлаждение - со скоростью 3-10 К/мин. Затем на тыльную сторону подложки напыляют слой лития толщиной 0,5-1,5 мкм и проводят его диффузионную разгонку при 593-653 К в течение 1,8103-2,4103 с . От аналогичных решений способ отличается повышенной адгезией контактов, малой площадью затенения поверхности контактной сетки, повышенной радиационной стойкостью фотопреобразователей и простотой технологии. 1 ил.
Изобретение относится к прямому преобразованию солнечной энергии в электрическую, в частности к технологии изготовления кремниевых фотопреобразователей со сплавными алюминиевыми контактами. Изобретение решает задачу создания надежной двусторонней контактной сетки к прозрачным кремниевым фотопреобразователям, позволяющей повысить эффективность преобразования энергии и упростить технологию изготовления. Известен способ изготовления локальных металлических зон, включающий подготовку кремниевой подложки n-типа проводимости, нанесение на поверхность подложки маскирующего слоя, например диоксида кремния, вскрытие в слое контактных окон до поверхности кремния, нагрев подложки и приведение ее в контакт с жидким алюминием при 690-850оС в течение 0,01-1 бс, удаление излишков алюминия с поверхности подложки, закрытой маскирующим слоем, и охлаждение. Однако сплавная оловянная контактная система приводит к необходимости уширения контактных дорожек из-за низкой проводимости олова, что повышает затенение рабочей поверхности фотопреобразователя, повышения температуры процесса образования контактной сетки вследствие низкой растворимости кремния в жидком олове при температуре ниже 1273 К. Все это снижает качество фотопреобразователя. Пассивность олова как металлорастворителя по отношению и кремнию требует более тщательной подготовки поверхности подложки перед приведением ее в контакт с оловом. Наличие на поверхности подложки вскрытых от маскирующего слоя контактных окон остаточных оксидов толщиной более 30 нм приводит к резкому ухудшению смачиваемости поверхности, что усложняет технологию изготовления. Проведение процессов формирования лицевого и тыльного контактов раздельно, используя при этом разные металлы - растворители (алюминий и сплав олова с донорными элементами), усложняет технологию изготовления, ограничивает технологичность процесса. Целью изобретения является повышение качества фотопреобразователя за счет использования сплавной алюминиевой контактной сетки на тыльной стороне фотопреобразователя, повышение радиационной стойкости и упрощение технологии изготовления. Цель достигается тем, что в способе, включающем подготовку кремниевой подложки n-типа проводимости, нанесение на лицевую сторону боросиликатного стекла с содержанием в нем бора 10-15%, на тыльную сторону фосфорсиликатного стекла с содержанием в нем фосфора 5-45%, проведение одновременной диффузии бора и фосфора при 1223-1253 К в течение 1,8
103с формирование лицевой и тыльной контактных сеток путем вскрытия в боросиликатном и фосфоросиликатном стеклах контактных окон, приведения подложки в контакт с жидким алюминием при 927-1123 К в течение 0,3-1,5 с и охлаждения со скоростью, не превышающей 10 К/мин, формирование лицевого и тыльного контактов осуществляют одновременно с последующим нанесением на тыльную сторону слоя лития толщиной 0,5-1,5 мкм и его диффузионной разгонкой при 593-653 К, в течение 1,8 103-2,4 103 с. Способ реализуется следующим образом. Сначала на поверхность кремниевой подложки n-типа проводимости, например, из кремния марки ЭКЭФ-20 наносят с лицевой стороны боросиликатное стекло с содержанием в нем бора 10-50%, с тыльной стороны - фосфорсиликатное стекло с содержанием в нем фосфора 5-45% . Затем подготовленные таким образом подложки помещают в печь и проводят диффузию при 1223-1253 К в течение 1,8 103. Формирование алюминиевых контактов осуществляют путем лазерного вскрытия контактных окон в боросиликатном и фосфоросиликатном стеклах по геометрии, соответствующей геометрии контактного рисунка, и приведения подложки в контакт с расплавом алюминия одновременно с двух сторон при 927-1123 К в течение 0,3-1,5 с и охлаждения со скоростью, не превышающей 10 К/мин. На тыльную поверхность подложек напыляют слой лития толщиной 0,5-1,5 мкм и нагревают в вакууме при 593-653 К в течение 1,8 103-2,4 103. На чертеже схематически изображено устройство для реализации способа. На схеме показаны основание 1 лодочки, кремниевая подложка 2, шибер 3 с отверстием под подложку, ванночка 4 под металл-растворитель, имеющая горизонтальное щелевое отверстие, металл-растворитель 5 (алюминий). Устройство работает путем подачи шибера 3 в щелевое отверстие ванночки 4. Время контактирования подложки с жидким металлом-растворителем определяется как отношение ширины контактной поверхности 
к скорости подачи шибера. При проходе шибера через ванночку подложка с двух сторон контактирует с расплавом. Использование сплавной алюминиевой контактной сетки на лицевой и тыльной сторонах фотопреобразователя, дает качественно новый результат, заключающийся в снижении суммарной площади затенения рабочей поверхности фотопреобразователя, особенно прозрачных фотопреобразователей, в повышении радиационной стойкости. Одновременное формирование лицевой и тыльной контактных сеток из одного и того же источника металла-растворителя (алюминия) в одном термическом процессе упрощает и удешевляет технологию. П р и м е р 1. В качестве подложки используют монокристаллические пластины, ориентированные в плоскости (III) из кремния марки ЭКЭФ-20. На поверхность подложки центрифугированием или пульверизацией наносят слои боросиликатного стекла с лицевой стороны и слой фосфоросиликатного стекла с тыльной. Содержание бора в стекле 25%, фосфора 30%. Диффузию проводят одновременно в диффузионной трубе при 1240 К в течение 2,1 103с. в стеклах плазмохимическим травлением или лазерным скрайбированием вскрывают окна подконтактного рисунка шириной "ресниц" 30 мкм по лицевой стороне и 50 мкм по тыльной. При 1023 К приводят обе стороны подложки одновременно в контакт с жидким алюминием в течение 0,5 с. Охлаждение проводят со скоростью 5 К/мин. На тыльную сторону подложки напыляют литий толщиной 0,5 мм и проводят диффузионную разгонку при 633 К в течение 2,1 103 с. Исследования электрофизических параметров полученных ФП показывают: ширина контактных алюминиевых дорожек в сечении 45-60 мкм, толщина 15-20 мкм, толщина слоя твердых растворов кремния 5-7 мкм, проводимость контактных дорожек близка к проводимости чистого алюминия ( 
10-6Омсм), последовательное сопротивление фотопреобразователя 40х45 не более 0,2 Ом при расстоянии между дорожками 1200 мкм, площадь затенения 3-5% от рабочей поверхности фотопреобразователя; световые параметры фотопреобразователей, замеренные под имитатором солнца C-1, при интенсивности 1356 ВТ/см2, t=40oC (АМО) для лучших образцов Uxx=578 мВ jкз=39,8 мА/см2, 
=0,77 
=13%. Адгезионная прочность контактной системы, оцененная по величине усилия на отрыв, превышала 5 Н и ограничивалась прочностью подложки, испытания на термоциклирование (100 крат, +100оС-190оС) прошли без снижения исходных параметров в сравнении с фотопреобразователями аналогичной конструкции с базой, не легированной литием, испытуемые имели более высокую радиационную стойкость после возведения электронов (1-2 МэВ) и протонов (20-30 МэВ), максимум спектральной чувствительности фотопреобразователя с базой, легированной литием, смещен в ИК-область на 75-80 нм. П р и м е р 2. Условия аналогичны примеру 1 с той разницей, что линии на тыльную сторону напыляли толщиной 0,5 мкм и диффузионную разгонку проводили при 593 К в течение 1,8 103с. Исследования показали, что измерение режимов легирования фотопреобразователей литием влияет на радиационную стойкость, спектральную чувствительность и напряжение холостого хода преобразователя. При этом сдвиг максимума спектральной чувствительности в ИК-область становится равным 10-15 нм а Uхх= 560 мВ. Радиационная стойкость ФП становится близкой к стойкой ФП с нелегированной базой, поскольку при этом важна не только величина концентрации лития, но и ее градиент вблизи p-n-перехода. При значениях параметров процесса легирования литием (температура, время диффузионной разгонки и толщина лития) меньше указанных концентрация лития и ее градиент вблизи p-n-перехода (рабочего лицевого p-n-перехода) становятся значительно меньшими; 1012 атм/см3 и 1017 1/см4. Радиационная стойкость базовых областей таких фотопреобразователей неотличима от нелегированных фотопреобразователей. При этом существенно падение собирания ННЗ в базе. П р и м е р 3. Легирование литием проводили при максимальных значениях: температура 653 К, время диффузионной разгонки 2,4 103 с толщина лития 1,5 мкм. Остальные параметры процесса такие же, как и в примерах 1 и 2. Исследования показали, что повышение температуры и времени диффузии лития повышает концентрацию лития в базе до 1016 атм/см3, но в то же время градиент концентрации лития вблизи p-n-перехода становится меньше из-за выхода концентрационного профиля распределения лития на насыщение, а это приводит к снижению радиационной стойкости фотопреобразователя. Превышение толщины слоя лития больше 1,5 мкм приводит к сильной эрозии тыльной поверхности и тыльной контактной сетки вследствие взаимодействия лития с кремнием и алюминием. Напряжение холостого хода при этом возрастает в среднем на 20-25 мВ из-за повышения концентрации доноров в базе, а ток собирается падает на 15-25%, вследствие повышения рекомбинации в базе и на поверхности и повышения сопротивления тыльного контакта. Технико-экономические преимущества способа заключаются в следующем; повышается качество фотопреобразователей за счет снижения суммарной площади затенения поверхности контактной сеткой, уменьшения рекомбинационных потерь в подконтактных областях, повышения адгезии тыльного контакта и радиационной стойкости базовых отверстий; одновременное формирование тыльной и лицевой контактных сеток в едином, замкнутом термоцикле существенно упрощает технологию изготовления, а использование в качестве электродного материала эвтектического сплава алюминий-кремний достаточной толщины (10-25 мкм) с обеих сторон фотопреобразователя повышает технологичность сборки солнечных батарей и снижает весовые характеристики изделий на их базе, что важно в условиях космической эксплуатации.
Формула изобретения
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СО СПЛАВНЫМИ АЛЮМИНИЕВЫМИ КОНТАКТАМИ, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой подложки слоя фосфоро-и(или) боросиликатного стекла с содержанием бора 10 - 50% и фосфора 5 - 45%, проведение одновременной диффузии бора и фосфора при 1223 - 1253 К в течение 1,8 103 с, формирование контактной сетки путем вскрытия контактных окон в стеклах, нанесение жидкого алюминия или его сплава, насыщенного акцепторным элементом в количестве 10 - 50% по массе при 927 - 1123 К в течение 0,3 - 1,5 с и охлаждение при скорости охлаждения, не превышающей 10 К/мин, отличающийся тем, что, с целью повышения качества фотопреобразователя при упрощении технологии, формирование контактной сетки осуществляют одновременно на лицевой и тыльной сторонах подложки с последующим нанесением на сторону, покрытую фосфоросиликатным стеклом, слоя лития толщиной 0,5 - 1,5 мкм и его диффузионной разгонкой при 593 - 653 К в течение (1,8 - 2,4) 103 с.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002
Извещение опубликовано: 20.04.2002
