NL8420338A - METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS Download PDFInfo
- Publication number
- NL8420338A NL8420338A NL8420338A NL8420338A NL8420338A NL 8420338 A NL8420338 A NL 8420338A NL 8420338 A NL8420338 A NL 8420338A NL 8420338 A NL8420338 A NL 8420338A NL 8420338 A NL8420338 A NL 8420338A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- nickel
- layer
- substrate
- coating
- plating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 117
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 62
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 53
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 47
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 23
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 11
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 10
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 7
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 6
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- -1 fluoride ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 38
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 25
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910005883 NiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012990 NiSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical group [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- KERTUBUCQCSNJU-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);disulfamate Chemical compound [Ni+2].NS([O-])(=O)=O.NS([O-])(=O)=O KERTUBUCQCSNJU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L platinum dichloride Chemical compound Cl[Pt]Cl CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
- H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
' f420338 i VO 7288f420338 VO 7288
Werkwijze voor het vervaardigen van zonnecellen.Method for manufacturing solar cells.
De uitvinding heeft betrekking op de vervaardiging van foto-voltagecellen en meer in het bijzonder op een goedkope wijze voor het vervaardigen van uit polykristallijn silicium bestaande zonnecellen, waarbij de beschadigde oppervlaktelaag, welke tijdens de waterstof-5 passivering wordt gevormd, als een plateermasker voor de uiteindelijke plateerstappen wordt gebruikt.The invention relates to the production of photo-voltage cells and more particularly in an inexpensive manner for the production of polycrystalline silicon solar cells, in which the damaged surface layer, which is formed during the hydrogen passivation, as a plating mask for the final plating steps is used.
Tot nu toe heeft een gebruikelijke methode voor het vervaardigen van uit silicium bestaande zonnecellen de stappen omvat van het vormen van een PN-junctie door een geschikt doteermiddel in de voor-10 zijde van een siliciumplaatje of -band te diffunderen, een rooster- elektrodepatroon in een beschermende diëlektrische maskeerlaag, die op dit voorvlak is gevormd, te etsen, een nikkelplatering neer te slaan op alle silicium, dat door het etsen is vrijgegeven, het nikkel te plateren met koper en tin, de rest van de diëlektrische maskeerlaag 15 van het voorvlak te verwijderen, en op de nieuw vrijgegeven gedeelten van het voorvlak een antireflectie-bekleding aan te brengen.Heretofore, a common method of manufacturing silicon solar cells has included the steps of forming a PN junction by diffusing an appropriate dopant into the front side of a silicon wafer or band, in a lattice electrode pattern etch a protective dielectric masking layer formed on this front face, deposit a nickel plating on all silicon released by etching, plating the nickel with copper and tin, the rest of the dielectric masking layer 15 of the front face and apply an anti-reflective coating to the newly released portions of the front face.
Ofschoon deze vervaardigingsstappen gelijkelijk kunnen worden toegepast bij zowel monokristallijn als polykristallijn silicium, maken kostenoverwegingen het gewenst zonnecellen uit het laatstgenoemde 20 materiaal te vervaardigen. Zoals evenwel bekend is, zijn in verband met de minderheidsdragerverliezen bij korrelbegrenzingen, dislocaties en dergelijke, de rendementen, welke worden verkregen bij uit polykristallijn silicium bestaande zonnecellen, in het algemeen lager dan die van monokristallijne cellen. Dit is verbeterd door een monovalent 25 element, zoals waterstof, in het stelsel te introduceren teneinde een combinatie aan te gaan met de losse verbindingen behorende bij de structurele defecten, waardoor het minderheidsdragerhercombinatie-verlies tot een minimum wordt teruggebracht.Although these manufacturing steps can be applied equally to both monocrystalline and polycrystalline silicon, cost considerations make it desirable to manufacture solar cells from the latter material. However, as is known, because of the minority carrier losses at grain boundaries, dislocations and the like, the efficiencies obtained with polycrystalline silicon solar cells are generally lower than those of monocrystalline cells. This has been improved by introducing a monovalent element, such as hydrogen, into the system to combine with the loose compounds associated with the structural defects, thereby minimizing the minority carrier recombining loss.
Zoals bekend is een belangrijke overweging bij het kiezen van 30 een reeks celbehandelingen, dat de combinatie van tijd en temperatuur in een stap na de waterstofpassiveringsstap niet veroorzaakt, dat de waterstof, welke in het silicium wordt geïntroduceerd, weer uit de ge-passiveerde substraat diffundeert. Zo is het bijvoorbeeld gebleken, dat een met waterstof gepassiveerde cel, die aan een temperatuur van 8420338 9 9 -2- 600°C gedurende een half uur in vacuo wordt blootgesteld, praktisch alle gebonden waterstof verliest en naar het voorpassiveringsniveau daarvan terugkeert, zoals blijkt uit de waargenomen door een elektronenbundel geïnduceerde stroomactiviteit. Er wordt in dit verband op 5 gewezen, dat de junctiediffusiestap bij de zonnecelvervaardiging meer in het bijzonder temperaturen van de orde van 900°C met zich medebrengt .As is well known, an important consideration in choosing a series of cell treatments is that the combination of time and temperature in a step after the hydrogen passivation step does not cause the hydrogen introduced into the silicon to diffuse out of the passivated substrate again . For example, it has been found that a hydrogen passivated cell exposed to a temperature of 8420338 9 -2 -2 600 ° C for half an hour in vacuo loses practically all bound hydrogen and returns to its pre-passivation level, as shown from the current activity induced by an electron beam. In this connection, it is pointed out that the junction diffusion step in solar cell manufacture more particularly involves temperatures of the order of 900 ° C.
Het is voorts gebleken, dat door de waterstofpassivering de cel normaliter tot een zo hoge temperatuur wordt verhit, dat basis-10 metalen, zoals koper, via de junctie migreren, waardoor een "zachte" diode wordt verkregen of een kortsluiting optreedt. Zoals bijvoorbeeld door C.H. Seager, D.J. Sharp, J.K.G. Panitz en R.V. D'Aiello in het Journal of Vacuum Science and Technology, Vol. 20, no. 3, pag. 430-435 (maart 1982) is aangegeven, kan de passivering van polykristallijn 15 silicium plaatsvinden met een ionenbron van het Kaufman-type, welke wordt gebruikt voor het verschaffen van een waterstofionenbundel in het energiegebied van kilo-elektronenvolts. Betrekkelijk korte belichtingstijden (b.v. tussen 0,5 en 4 minuten) in een gebied met grote ionenenergie en grote flux (b.v. 1 tot 3 milliampere per vierkante 20 centimeter) blijken optimaal te zijn. Dergelijke belichtingen leiden in het algemeen ertoe, dat de substraattemperatuur toeneemt tot ten minste bij benadering 275°C indien de substraat zorgvuldig in aanraking wordt gehouden met een geschikt warmte-afvoerorgaan. Anders tre-. den temperaturen, welke boven de 400°C zijn gelegen, gemakkelijk op.It has further been found that the hydrogen passivation normally heats the cell to such a high temperature that base metals, such as copper, migrate through the junction, resulting in a "soft" diode or short circuit. As, for example, by C.H. Seager, D.J. Sharp, J.K.G. Panitz and R.V. D'Aiello in the Journal of Vacuum Science and Technology, Vol. 20, no. 3, p. 430-435 (March 1982), the passivation of polycrystalline silicon can take place with a Kaufman type ion source, which is used to provide a hydrogen ion beam in the energy range of kilo electron volts. Relatively short exposure times (e.g., between 0.5 and 4 minutes) in an area of high ion energy and high flux (e.g., 1 to 3 milliamps per square centimeter) appear to be optimal. Such exposures generally result in the substrate temperature increasing to at least approximately 275 ° C if the substrate is carefully kept in contact with a suitable heat sink. Otherwise tre-. the temperatures above 400 ° C are easily raised.
25 Het is evenwel van belang, dat de temperaturen worden beperkt tot minder dan ongeveer 300°C teneinde een snelle migratie van basismetalen in de siliciummatrix te vermijden. De manipulatie van de substraat en het warmte-afvoerorgaan om de thermische regeling tijdens de passivering op een eenvoudige wijze uit te voeren, wordt evenwel een de snel-30 heid begrenzende factor bij een behandeling met groot debiet bij dergelijke ionenbronnen. Derhalve is het gewenst een warmte-afvoer te vermijden teneinde een goedkoop proces met groot debiet te verkrijgen. Bovendien maken bij siliciumband van het EFG-type, dat op een economische wijze kan worden vervaardigd, oppervlakte-onregelmatigheden 35 de warmte-afvoer lastig.It is important, however, that the temperatures be limited to less than about 300 ° C in order to avoid rapid migration of base metals into the silicon matrix. However, the manipulation of the substrate and the heat sink to easily perform thermal control during passivation becomes a rate limiting factor in high flow treatment at such ion sources. Therefore, it is desirable to avoid heat dissipation in order to obtain an inexpensive, high flow rate process. In addition, with EFG type silicon band, which can be produced economically, surface irregularities make heat dissipation difficult.
8420338 * ¥ -3-8420338 * ¥ -3-
Verder is de waterstofpassivering het meest effectief wanneer het basissiliciumoppervlak vrij is. Derhalve dient een eventueel pla-teermasker, dat gebruikt wordt om het roosterelektrodepatroon aan het voorvlak te bepalen, te worden verwijderd vódr de passivering of te 5 worden toegevoegd na de passivering.Furthermore, the hydrogen passivation is most effective when the base silicon surface is free. Therefore, an optional plating mask used to determine the front electrode grating electrode pattern should be removed before passivation or added after passivation.
Derhalve beoogt de uitvinding te voorzien in een reeks behan-delingsstappen voor de vervaardiging van zonnecellen, waarin een waterstofpassiveringsstap plaatsvindt na de behandelingsstappen bij hoge temperatuur doch voordat dat eventuele basismetalen in de in-10 richting worden geïncorporeerd.Therefore, it is an object of the invention to provide a series of treatment steps for the manufacture of solar cells, in which a hydrogen passivation step takes place after the treatment steps at high temperature but before any base metals are incorporated in the device.
Een verder doel van de uitvinding is het zodanig opnemen van de waterstofpassiveringsstap, dat de passiveringsstap van het silicium en nikkelsilicide, dat zich onder de frontelektrode van een gedeeltelijk vervaardigde cel bevindt, wordt verbeterd.A further object of the invention is to incorporate the hydrogen passivation step such that the passivation step of the silicon and nickel silicide located below the front electrode of a partially fabricated cell is improved.
15 Weer een ander doel van de uitvinding is het incorporeren van een waterstofpassiveringsstap bij de behandeling van een siliciumband van het EFG-type bij zonnecellen en wel zodanig, dat de noodzaak tot het afvoeren van warmte van de substraat tijdens de passivering wordt vermeden.Yet another object of the invention is to incorporate a hydrogen passivation step in the treatment of an EFG type silicon band in solar cells such that the need to dissipate heat from the substrate during passivation is avoided.
20 Deze en andere oogmerken worden verwezenlijkt door een werk wijze, waarin, bij een voorkeursuitvoeringsvorm, zoals toegepast op de vervaardiging van siliciumzonnecellen, onder meer de volgende stappen worden uitgevoerd: (1) het vormen van een dun roosterelektrodepatroon van nikkel (of een soortgelijk materiaal) op het voorvlak van 25 een siliciumband met ondiepe junctie, (2) het passiveren met waterstof van de junctiezijde van de cel, (3) het sinteren van het nikkel om gedeeltelijk een nikkelsilicide te vormen, (4) het plateren van een verder metaal of verdere metalen op de met metaal beklede gedeelten van de cel, en (5) het bekleden met een antireflectiemateriaal van het 30 vrij liggende oppervlak van het silicium. Daarna kan het silicium ver der worden behandeld, bijvoorbeeld om dit gereed te maken voor verbinding met elektrische ketens.These and other objects are accomplished by a method in which, in a preferred embodiment, as applied to the manufacture of silicon solar cells, the following steps are performed, inter alia: (1) forming a thin grid electrode pattern of nickel (or a similar material) ) on the front face of a shallow junction silicon band, (2) hydrogen passivation of the junction side of the cell, (3) sintering the nickel to partially form a nickel silicide, (4) plating a further metal or further metals on the metal-coated portions of the cell, and (5) coating an anti-reflective material on the exposed surface of the silicon. Thereafter, the silicon can be further treated, for example to prepare it for connection to electrical chains.
Bij een alternatief proces, wordt door het verhitten van het monster tijdens de passivering energie voor de nikkelsinterstap ge-35 leverd.In an alternative process, heating the sample during passivation provides energy for the nickel sintering step.
8420338 ♦ -4-8420338 ♦ -4-
Deze reeksen vervaardigingsstappen hebben enige essentiële karakteristieken. In de eerste plaats is gebleken, dat tijdens de waterstofpassivering de invallende waterstofionen het oppervlak van het siliciumplaatje zodanig wijzigen, dat de platering van metalen 5 door een dompelplatering op het gewijzigde oppervlak wordt belemmerd. Dientengevolge kan een eventueel plateermasker, dat initieel wordt gebruikt voor het bepalen van het elektroderoosterpatroon aan het voorvlak, worden verwijderd nadat een initiële metaallaag op de substraat is geplateerd. De passivering kan nu plaatsvinden op een vrij-10 liggende basissiliciumlaag, waarbij de passivering niet slechts de elektrische werking van de cel verbeterd doch ook, door het wijzigen van de oppervlaktelaag, dient als een secundair plateermasker voor daaropvolgende dompelplateerstappen. Dientengevolge kan de passivering van de vrijliggende siliciumbasis plaatsvinden voordat basismetalen 15 worden aangebracht zonder dat het nodig is, dat een verdere maskeer-stap voor de dompelplatteermetalisatie plaatsvindt. Voorts is het gebleken, dat een passivering kan optreden via dunne lagen van metalen, zoals nikkel. Derhalve kan het silicium en het nikkelsilicide onder de initiële dunne nikkelplatering van een frontelektrode worden gepassi-20 veerd.These series of manufacturing steps have some essential characteristics. In the first place, it has been found that during the hydrogen passivation, the incident hydrogen ions change the surface of the silicon wafer so that the plating of metals 5 is impeded by an immersion plating on the modified surface. As a result, an optional plating mask, which is initially used to determine the electrode grid pattern on the front face, can be removed after an initial metal layer has been plated on the substrate. The passivation can now take place on an exposed base silicon layer, the passivation not only improving the electrical action of the cell but also, by altering the surface layer, serving as a secondary plating mask for subsequent dip plating steps. As a result, passivation of the exposed silicon base can take place before base metals are applied without the need for a further masking step for the dip-plating metalization. It has further been found that passivation can occur through thin layers of metals, such as nickel. Therefore, the silicon and the nickel silicide can be passivated under the initial thin nickel plating of a front electrode.
De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening waarin een aantal stappen is aangegeven, welke worden uitgevoerd bij het vervaardigen van zonnecellen overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding. In de 25 tekening zijn overeenkomstige onderdelen van dezelfde verwijzingen voorzien. Voorts zijn in de tekening de dikten en diepten van de verschillende bekledingen en gebieden niet op schaal weergegeven en evenmin nauwkeurig overeenkomstig hun relatieve proporties en wel om de afbeelding te vereenvoudigen. Verwijzende naar de tekening heeft 30 de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding betrekking op de vervaardiging van zonnecellen uit EFG-gegroeid siliciumband van P-type. Voor deze uitvoeringsvorm wordt als uitgangsonderdeel uitgegaan van een gedeeltelijk voltooide cel 1. De gedeeltelijk voltooide cel 1 bezit een substraat 2, welke bij voorkeur is vervaardigd uit een 35 siliciumband met een geleiding van P-type, waarvan één zijde (hierna de "frontzijde" genoemd) is voorzien van een betrekkelijk ondiepe 8420338 * % -5- junctie 4 (d.w.z. een junctie met een diepte, welke is gelegen tussenThe invention will be explained in more detail below with reference to the drawing in which a number of steps are indicated, which are carried out in the manufacture of solar cells according to a preferred embodiment according to the invention. In the drawing, corresponding parts are provided with the same references. Furthermore, in the drawing, the thicknesses and depths of the various coatings and areas are not shown to scale, nor precisely according to their relative proportions, in order to simplify the representation. Referring to the drawing, the preferred embodiment of the invention relates to the manufacture of solar cells from P type EFG grown silicon band. For this embodiment, a starting part is started from a partly completed cell 1. The partly completed cell 1 has a substrate 2, which is preferably manufactured from a silicon strip with a P-type guide, of which one side (hereinafter the "front side"). mentioned) has a relatively shallow 8420338 *% -5- junction 4 (ie a junction with a depth, which lies between
OO
ongeveer 3000 en ongeveer 7000 A ), een gebied 6 met een geleiding van het N-type en een masker 8. Het masker 8 bestaat uit een materiaal (b.v. een diëlektricum) waaraan metalen, zoals nikkel, zich slechts 5 in geringe mate hechten, en het masker is zodanig uitgevoerd, dat gedeelten van het voorvlak van de substraat 2 worden vrijgegeven volgens een patroon van een van een aantal vingers voorziene roosterelektrode (b.v. een elektrode met de vorm, weergegeven in het Amerikaanse octrooi-schrift 3.686.036). De andere zijde (hierna de "achterzijde" genoemd) 10 van de substraat is bij voorkeur voorzien van een laag 10 van aluminium, welke met de substraat is gelegeerd, en een gebied 12 van het p+-type. Het p+-gebied 12 heeft bij voorkeur een diepte, welke zich uitstrekt van ongeveer 1 tot ongeveer 5 micron.about 3000 and about 7000 A), an area 6 with an N-type conduction and a mask 8. The mask 8 consists of a material (eg a dielectric) to which metals, such as nickel, only slightly adhere, and the mask is configured to release portions of the front face of the substrate 2 in a pattern of a multi-fingered grating electrode (eg, an electrode of the shape shown in U.S. Pat. No. 3,686,036). The other side (hereinafter referred to as the "back side") 10 of the substrate is preferably provided with a layer 10 of aluminum alloyed with the substrate and a region 12 of the p + type. The p + region 12 preferably has a depth ranging from about 1 to about 5 microns.
De gedeeltelijk voltooide cel 1 kan op een aantal verschillen-15 de wijzen zijn vervaardigd. Zo kunnen bijvoorbeeld de junctie 4 en het gebied 6 in een siliciumsubstraat 2 van het P-type worden gevormd door de diffusie van fosfor, en kan het masker 8 aan het frontvlak daarvan worden gevormd door fotolithografie of drukken. De laag 10 en het p+-gebied 12 kunnen worden gevormd door de achterzijde van de 20 substraat te bekleden met een laag van een aluminiumpasta, welke alu-miniumpoeder in een vluchtige organische drager, zoals terpineol, omvat, welke door verdampen kan worden verwijderd, waarna de substraat wordt verhit om eventuele vluchtige of pyrolyseerbare organische componenten van de pasta te verwijderen en het aluminium met de sub-25 straat te legeren en het p+-gebied te vormen. Men kan evenwel even goed andere typen substraat, juncties en achterelektroden en andere wijzen van vervaardigingen toepassen voor het verkrijgen van de gedeeltelijk voltooide cel 1.The partially completed cell 1 can be made in a number of different ways. For example, the junction 4 and the region 6 in a P-type silicon substrate 2 can be formed by the diffusion of phosphorus, and the mask 8 on the front face thereof can be formed by photolithography or printing. The layer 10 and the p + region 12 can be formed by coating the back of the substrate with a layer of an aluminum paste, which comprises aluminum powder in a volatile organic carrier, such as terpineol, which can be removed by evaporation, then the substrate is heated to remove any volatile or pyrolysable organic components from the paste and to alloy the aluminum with the substrate and form the p + region. However, other types of substrate, junctions and back electrodes, and other manufacturing methods may equally well be used to obtain the partially completed cell 1.
Uitgaande van een dergelijk vooraf vervaardigd onderdeel, wor-30 den de beide zijden van de substraat eerst geplateerd met nikkel, waarbij een hechtende neerslag van nikkel een nikkellaag 14 aan de achterzijde van het onderdeel over het gehele oppervlak van de alu-miniumlaag 10 vormt, terwijl de hechtende neerslag van nikkel aan de frontzijde een laag 16 direct op het oppervlak van de substraat 2 35 slechts in die gebieden, welke via het masker 8 worden vrijgegeven, vormt.Starting from such a prefabricated part, both sides of the substrate are first plated with nickel, with an adhesive deposit of nickel forming a nickel layer 14 at the back of the part over the entire surface of the aluminum layer 10, while the adhesive nickel deposit on the front side forms a layer 16 directly on the surface of the substrate 2 only in those areas released through the mask 8.
8420338 % -6-8420338% -6-
Het plateren van de nikkellagen 14 en 16 kan op verschillende wijzen plaatsvinden. Bij voorkeur geschiedt dit overeenkomstig het bekende elektrodeloze of dompelplateerproces bijvoorbeeld een dompel-plateerproces zoals is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 5 4.321.283. De hier gebruikte uitdrukking "elektrodeloos plateren" geeft een platering vanuit een bad aan, dat een reducerend middel bevat, zonder dat gebruik wordt gemaakt van een van buitenaf aangelegd elektrisch veld, terwijl de uitdrukking "dompelplatering" een proces aangeeft, waarbij een voorwerp met een metaal wordt geplateerd zonder 10 dat gebruik wordt gemaakt van een van buitenaf aangelegd elektrisch veld en wel door het voorwerp in een plateerbad te dompelen, dat geen reducerend middel bevat, waarbij het plateren een verplaatsingsreactie omvat.The plating of the nickel layers 14 and 16 can take place in various ways. Preferably, this is done in accordance with the known electrodeless or immersion plating process, for example, an immersion plating process as described in U.S. Patent 5 4,321,283. The term "electrodeless plating" as used herein denotes a plating from a bath containing a reducing agent without using an externally applied electric field, while the term "immersion plating" denotes a process in which an object having a metal is plated without using an externally applied electric field by immersing the object in a plating bath containing no reducing agent, the plating comprising a displacement reaction.
Als een voorafgaande stap wordt het gereinigde siliciumsub-15 straatoppervlak vooraf geactiveerd met een geschikt middel. Deze voor-activeringsprocedure is gewenst aangezien het siliciumoppervlak dikwijls niet zelf het elektrodeloze plateerproces zal steunen en eventueel nikkel, dat op een niet-behandeld oppervlak wordt geplateerd, zich in het algemeen daaraan slechts in geringe mate hecht. Bij voor-20 keur wordt als het activeringsmiddel goudchloride gebruikt ofschoon platinachloride, tinchloride-palladiumchloride, of andere bekende acti-vatoren kunnen worden toegepast, zoals bijvoorbeeld is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.489.603. Daarna worden de beide zijden van de siliciumband bekleed met een laag nikkel, bij voorkeur door een 25 dompelplatering van de band in een waterig bad, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4321283, of een waterig bad van nikkel-sulfamaat en ammoniumfluoride bij een pH van ongeveer 2,9 en bij ongeveer kamertemperatuur gedurende een periode van ongeveer 2 tot 6 minuten.As a preliminary step, the cleaned silicon substrate surface is pre-activated with an appropriate agent. This pre-activation procedure is desirable since the silicon surface often will not itself support the electrodeless plating process and any nickel plated on an untreated surface will generally only adhere to it slightly. Preferably, the activating agent is gold chloride, although platinum chloride, tin chloride palladium chloride, or other known activators may be used, as described, for example, in U.S. Pat. No. 3,489,603. Thereafter, both sides of the silicon band are coated with a layer of nickel, preferably by dip-plating the band in an aqueous bath, as described in US Patent 4321283, or an aqueous bath of nickel sulfamate and ammonium fluoride at a pH of about 2.9 and at about room temperature for a period of about 2 to 6 minutes.
30 In dit stadium wordt het masker 8 van de substraat 2 verwijderd.At this stage, the mask 8 is removed from the substrate 2.
Afhankelijk van de aard van het masker kan dit op een aantal bekende wijze geschieden zoals bijvoorbeeld door gebruik te maken van een gebufferde etsmethode. Tengevolge van het verwijderen van het masker wordt het frontvlak van de substraat 2 via het door de nikkellaag 16 35 gevormde roosterpatroon vrijgegeven.Depending on the nature of the mask, this can be done in a number of known manner, such as, for example, by using a buffered etching method. As a result of the removal of the mask, the front surface of the substrate 2 is released via the grid pattern formed by the nickel layer 16.
8420338 -7- *8420338 -7- *
Vervolgens wordt de cel met waterstof gepassiveerd. Een voorkeursmethode is die, waarbij het frontvlak van de substraat 2 (en de nikkellaag 16) wordt blootgesteld aan de waterstofionenbundel van een ionenbron van het Kaufman-type (brede bundel), welke bron op een af-5 stand van ongeveer 15 cm van de substraat is opgesteld. Deze ionenbron wordt bij voorkeur bedreven bij een druk, welke is gelegen tussen ongeveer 20 en 50 millitor (waterstof), een waterstofstroomsnelheid van de orde van ongeveer 25 tot 40 s.c.c. per minuut, een potentiaal van ongeveer 1700 volt gelijkspanning tussen bron en substraat, en 10 een bundel stroom, welke is gelegen tussen ongeveer 1 en 3 milli-2 ampere/cm bij de substraat. Het is gebleken, dat een belichtingstijd, gelegen tussen ongeveer 1 en ongeveer 4 minuten adequaat is om zowel de minderheidsdragerhercombinatieverliezen, welke zich meer in het bijzonder voordoen bij siliciumcellen van het EFG-type tot een mini-15 mum terug te brengen (waardoor wordt voorzien in een passiverings-gebied met een diepte van ongeveer 20 tot 80 micron of ongeveer 100 maal zo diep als de junctie 4) terwijl tegelijkertijd wordt voorzien in een gewijzigde oppervlaktelaag 18 met een diepte van bij benaderingThe cell is then passivated with hydrogen. A preferred method is that in which the front face of the substrate 2 (and the nickel layer 16) is exposed to the hydrogen ion beam of an ion source of the Kaufman type (wide beam), which source is at a distance of about 15 cm from the substrate is prepared. This ion source is preferably operated at a pressure comprised between about 20 and 50 millimeters (hydrogen), a hydrogen flow rate of the order of about 25 to 40 s.c.c. per minute, a potential of about 1700 volts DC between source and substrate, and a beam of current comprised between about 1 and 3 milli-2 amps / cm at the substrate. It has been found that an exposure time of between about 1 and about 4 minutes is adequate to minimize both the minority carrier recombining losses that occur particularly with EFG type silicon cells (thereby providing in a passivation region with a depth of about 20 to 80 microns or about 100 times as deep as the junction 4) while at the same time providing a modified surface layer 18 with an approximate depth
OO
200 A bij de vrij liggende gedeelten van de substraat 2. Het is voorts 20 gebleken, dat onder gebruik van een mechanische sluiter voor het pulseren van de ionenbundel met een werkzame periode van ongeveer 50% een minimale temperatuurstijging van de substraat tijdens de passivering optreedt.200 Å at the exposed parts of the substrate 2. It has furthermore been found that a minimum temperature rise of the substrate occurs during the passivation using a mechanical shutter for pulsing the ion beam with an active period of approximately 50%.
• De juiste aard van de gewijzigde oppervlaktelaag 18 is niet 25 bekend. Gemeend wordt evenwel, dat een beschadigde zone aanwezig is waarin de kristalstructuur enigszins is verbroken, en waarbij het silicium gedeeltelijk SiH of Si^ met de waterstof uit de ionenbundel vormt, doch waarbij het materiaal mogelijk amorf is. Het kan zijn, dat een kleine hoeveelheid koolstof of één of meer koolwaterstoffen in 30 het vacuümstelsel nodig zijn voor het vormen van de gewenste gewijzigde oppervlaktelaag. Zoals initieel geïnstalleerd, was de gebruikte ionenbron van het Kaufman-type voorzien van een uit grafiet bestaande ondersteuning met een diameter van ongeveer 13 cm, waarop de substraten, met een zijde van meer in het bijzonder 5 tot 10 cm, centraal 35 waren opgesteld. In sommige gevallen, waarin in plaats van de grafiet-ondersteuning een siliciumondersteuning werd toegepast, gedroeg de 8420338 -4 -8- gevormde gewijzigde laag zich niet zo goed als een plateermasker als in het geval, dat de grafietondersteuning werd toegepast. Op grond hiervan is verondersteld, dat koolstof of koolwaterstofdamp gevormd door het invallen van de waterstofioneribundel op de grafietonder-5 steuning, de vorming van een diëlektrische laag aan het oppervlak van de substraat kan verbeteren. Wat ook de aard van dit oppervlak is, het is gebleken, dat een gewijzigde oppervlaktelaag 18, welke op deze wijze wordt verkregen met versnellingsspanningen, welke zijn gelegen tussen ongeveer 1400 en ongeveer 1700 volt en belichtingstijden van 10 bijvoorbeeld 1 minuut, voldoende is om een daaropvolgende dompelpla-tering van de siliciumsubstraat tussen de nikkellagen 16 te beletten.The exact nature of the modified surface layer 18 is not known. It is believed, however, that a damaged zone is present in which the crystal structure is slightly broken, and in which the silicon partially forms SiH or Si 2 with the hydrogen from the ion beam, but where the material may be amorphous. A small amount of carbon or one or more hydrocarbons may be required in the vacuum system to form the desired modified surface layer. As initially installed, the Kaufman type ion source used was provided with a graphite support having a diameter of about 13 cm, on which the substrates, with a side of more typically 5 to 10 cm, were centrally disposed. In some instances where a silicon support was used in place of the graphite support, the 8420338-4-8-formed modified layer did not behave as well as a plating mask as in the case where the graphite support was used. On this basis, it has been believed that carbon or hydrocarbon vapor generated by the incidence of the hydrogen ion beam on the graphite support may improve the formation of a dielectric layer on the surface of the substrate. Whatever the nature of this surface, it has been found that a modified surface layer 18 obtained in this manner with acceleration voltages ranging between about 1400 and about 1700 volts and exposure times of, for example, 1 minute is sufficient to prevent subsequent dip-plating of the silicon substrate between the nickel layers 16.
Vervolgens wordt de substraat in een inerte of stikstofatmos-feer verhit tot een temperatuur en gedurende een tijd, welke voldoende zijn om de nikkellagen te doen sinteren en te veroorzaken, dat de 15 nikkellaag 16 aan de frontzijde van de substraat met het naastgelegen silicium reageert voor het vormen van een uit nikkelsilicide bestaand ohm's contact. Hiertoe wordt de substraat bij voorkeur tot een temperatuur van ongeveer 300°C gedurende een periode, welke is gelegen tussen ongeveer 15 en ongeveer 40 minuten, verhit. Hierdoor verkrijgt men eenThen, the substrate is heated in an inert or nitrogen atmosphere to a temperature and for a time sufficient to sinter the nickel layers and cause the nickel layer 16 on the front side of the substrate to react with the adjacent silicon for forming a nickel silicide ohmic contact. For this purpose, the substrate is preferably heated to a temperature of about 300 ° C for a period of time between about 15 and about 40 minutes. This gives one
OO
20 nikkelsilicidelaag 20 met een diepte van ongeveer 300 A aan het schei-dingsvlak tussen de nikkellaag 16 en de substraat 2. De nikkellaag 14 aan de achterzijde vormt een legering met de aluminiumlaag 10. De temperatuur van deze sinterstap dient niet veel hoger te liggen dan 300°C aangezien hogere temperaturen tot een excessieve doordringing 25 van de nikkellaag 16 in het silicium leiden. Het blijkt, dat deze thermische behandeling indien deze wordt uitgevoerd in een formeer-gas (95% stikstof en 5% waterstof) ook waterstof afdrijft, welke los met de nikkellaag 16 is gebonden, waardoor de daaropvolgende plateer-hechting wordt verbeterd.20 nickel silicide layer 20 with a depth of about 300 Å at the interface between the nickel layer 16 and the substrate 2. The nickel layer 14 at the back forms an alloy with the aluminum layer 10. The temperature of this sintering step should not be much higher than 300 ° C since higher temperatures lead to excessive penetration of the nickel layer 16 into the silicon. It has been found that this thermal treatment when carried out in a forming gas (95% nitrogen and 5% hydrogen) also displaces hydrogen, which is loosely bonded to the nickel layer 16, improving subsequent plating adhesion.
30 Vervolgens wordt het nikkel van de lagen 14 en 16 aan een ets- bewerking onderworpen met warm verdund salpeterzuur, gevolgd door een ultrasone reiniging, teneinde een overschot aan nikkel van de beide zijden van de substraat te verwijderen. Door de nikkeletsbehandeling wordt niet slechts een overschot aan nikkel verwijderd doch wordt ook 35 een deel van de aan de achterzijde van de substraat tijdens het sinteren gevormde nikkel-aluminiumlegering verwijderd. Na de nikkelets- 8420338 fl -9- stap, is de laag 14 gekenmerkt door een nikkel-aluminiumlegeringslaag, welke zich op de aluminiumelektrodelaag 10 bevindt, terwijl de laag 16 is verwijderd voor het vrijgeven van de nikkelsilicidelaag 20 overeenkomstig het vooraf gekozen elektroderoosterpatroon.The nickel of layers 14 and 16 is then etched with hot dilute nitric acid, followed by ultrasonic cleaning to remove excess nickel from both sides of the substrate. The nickel etching treatment not only removes a surplus of nickel, but also removes part of the nickel-aluminum alloy formed on the back of the substrate during sintering. After the nickel etching 8420338 fl -9 step, the layer 14 is characterized by a nickel-aluminum alloy layer, which is on the aluminum electrode layer 10, while the layer 16 is removed to release the nickel silicide layer 20 according to the preselected electrode grid pattern.
5 Daarna worden de nikkelsilicidelaag 20 en de nikkel-aluminium legeringslaag 14 respectievelijk verder gemetalliseerd met één of meer lagen 22 en 24 voor het verschaffen van geschikte contacten. Bij deze metalliseringsstappen werkt de gewijzigde oppervlaktelaag 18 van de substraat 2 als een plateermasker om te beletten, dat metaal zich aan 10 het oppervlak van de substraat tussen het patroon van de zich reeds hechtende nikkelsilicidelaag 20 hecht. Bij voorkeur doch niet noodzakelijkerwijs omvat deze extra metallisering het aanbrengen van een tweede laag nikkel op de lagen 14 en 20. De extra nikkellagen worden door dompelplatering aangebracht op de wijze, zoals boven is beschre-15 ven voor de vorming van de nikkellagen 14 en 16 aangezien bij een dompelplatering nikkel een platering op de lagen 14 en 16 doch niet op het gewijzigde oppervlak 18 zal verschaffen. Onmiddellijk daarna worden één of meer lagen koper aangebracht (door dompelplatering en/of elektroplatering, door op zichzelf bekende methoden) op het vrijlig-20 gende nikkel aan beide zijden van de substraat teneinde een verbinding met de nikkellagen aan te gaan en daardoor deze tegen oxydatie te beveiligen en een grote geleiding te verzekeren. Voor de koper-platering is geen maskering van de gewijzigde laag 18 nodig aangezien het koper zich niet aan de gewijzigde laag zal hechten. Daarna kan de 25 inrichting worden onderworpen aan andere behandelingen voor bekende doeleinden, bijvoorbeeld kunnen lagen tin en soldeer achtereenvolgens op de eerder aangebrachte metaallagen worden aangebracht.Thereafter, the nickel silicide layer 20 and the nickel-aluminum alloy layer 14 are further metallized with one or more layers 22 and 24, respectively, to provide suitable contacts. In these metallization steps, the modified surface layer 18 of the substrate 2 acts as a plating mask to prevent metal from adhering to the surface of the substrate between the pattern of the already adhering nickel silicide layer 20. Preferably, but not necessarily, this additional metallization involves applying a second layer of nickel to layers 14 and 20. The additional nickel layers are dip-plated in the manner described above to form the nickel layers 14 and 16 since nickel plating will provide plating on layers 14 and 16 but not on modified surface 18. Immediately thereafter, one or more layers of copper are applied (by dip plating and / or electroplating, by methods known per se) to the exposed nickel on both sides of the substrate to bond with the nickel layers and thereby to resist oxidation to secure and ensure great conductivity. The copper plating does not require masking of the modified layer 18 since the copper will not adhere to the modified layer. Thereafter, the device may be subjected to other treatments for known purposes, for example layers of tin and solder may be successively applied to the previously applied metal layers.
Na de metallisering worden de randen van de cel (niet weergegeven) bijgewerkt en wordt op het frontvlak van de cel een anti-30 reflectiebekleding 26 aangebracht. Deze laatste stap kan op een aantal verschillende bekende wijzen geschieden, zoals door een chemisch neerslaan uit de dampfase van bijvoorbeeld TiC^. De antireflectiebekleding 26 kan ook worden gevormd door een plasmaneerslag van siliciumnitride.After the metallization, the edges of the cell (not shown) are trimmed and an anti-reflective coating 26 is applied to the front face of the cell. This last step can be done in a number of different known ways, such as by chemical precipitation from the vapor phase of, for example, TiCl 2. The anti-reflective coating 26 may also be formed by a silicon nitride plasma deposition.
Bij wijze van voorbeeld omvat de voorkeursmethode voor het 35 toepassen van de uitvinding de bovenbeschreven individuele stappen bij de voorkeursmodus, welke gedetailleerd voor elke stap en in de aangegeven volgorde is beschreven.By way of example, the preferred method of practicing the invention includes the above-described individual steps in the preferred mode, which is described in detail for each step and in the order specified.
8420338 -10-8420338 -10-
Het is duidelijk, dat de voorkeursmethode volgens de uitvinding het uitvoeren van de boven gedetailleerde individuele voorkeursstappen omvat, waarbij deze stappen in de zojuist aangegeven volgorde worden uitgevoerd.It is to be understood that the preferred method of the invention involves performing the above detailed individual preferred steps, these steps being performed in the order just indicated.
5 Men heeft vastgesteld, dat zonnecellen, die overeenkomstig het bovenstaande proces uit EFG-gegroeide banden zijn vervaardigd, een toename in gemiddeld rendement met 10 tot 20% vertonen. Bovendien is het gebleken, dat voor dit materiaal de waterstofpassiveringsstap de verdeling van celrendementen op een geprononceerde wijze versmalt.It has been found that solar cells made from EGG-grown tires according to the above process show an increase in average efficiency of 10 to 20%. In addition, it has been found that for this material, the hydrogen passivation step narrows the distribution of cell yields in a pronounced manner.
10 Het bovenbeschreven proces heeft een aantal andere voordelen.The above described process has a number of other advantages.
In de eerste plaats maakt de werkwijze het door gebruik te maken van de gewijzigde oppervlaktelaag van de substraat, die tijdens de water-stofpassivering is gevormd, als een masker voor een daaropvolgende platering door een dompelplateermethode, bijvoorbeeld een nikkel-15 platering als bovenbeschreven, een passivering van een vrijliggende substraat vóór een dergelijke latere metallisering mogelijk. Dit maakt een passivering van een schone substraat (in plaats van een passivering via een plateermaskerlaag) mogelijk, vermijdt "zachte" of kortgesloten cellen (welke een gevolg zijn van een basismetaalmigratie 20 tijdens de passivering) en maakt de stappen tussen de passivering en de daaropvolgende metallisering door dompelplatering economisch aangezien geen verdere maskeerstap nodig is. Opgemerkt wordt, dat het met waterstof gepassiveerde oppervlak ook dient als een masker voor het tegengaan van neerslag van koper door dompelplatering of elektro-25 platering. Bovendien kan door een passivering via een dunne laag van het frontelektrodemateriaal de substraat onder de frontelektroden eveneens worden gepassiveerd, mits de initiële nikkellaag een dikteFirst, by using the modified surface layer of the substrate formed during the hydrogen passivation, the method makes a mask for subsequent plating by an immersion plating method, for example, a nickel plating as described above, a passivation of a free-standing substrate before such later metallization is possible. This allows passivation of a clean substrate (rather than a passivation through a plating mask layer), avoids "soft" or shorted cells (which result from a base metal migration during passivation) and makes the steps between passivation and subsequent plating plating is economical as no further masking step is required. It should be noted that the hydrogen passivated surface also serves as a mask for preventing copper deposition by dip plating or electroplating. In addition, by passivating through a thin layer of the front electrode material, the substrate under the front electrodes can also be passivated, provided that the initial nickel layer has a thickness
OO
heeft, welke niet meer dan ongeveer 750 A bedraagt. Het is ook duidelijk, dat de werkwijze volgens de uitvinding de passivering in een 30 stadium van de celfabrikage omvat, waarbij een daaropvolgende behandeling van de cel het effect van de passivering niet op een schadelijke wijze zal beïnvloeden.which is no more than about 750 A. It is also clear that the method of the invention includes passivation at a stage of cell manufacture, where subsequent treatment of the cell will not adversely affect the effect of passivation.
Het is duidelijk, dat binnen het kader van de uitvinding een aantal modificaties in de werkwijze mogelijk is. Terwijl bij de voor-35 keursuitvoeringsvorm de nikkeIsinterstap na de passivering plaatsvindt kan deze ook juist vóór de passivering worden uitgevoerd. In een der- 8420338 -11- gelijk geval is het duidelijk, dat bij cellen met ondiepe junctie korte ionenbundelbelichtingen met of zonder thermische regeling van de substraat door een geschikt warmte-afvoerorgaan gewenst kunnen zijn om een migratie van het nikkelsilicide naar de junctie tegen te 5 gaan. Een dergelijke regeling leidt ook tot Ni^Si in plaats van de andere siliciden (NiSi of NiSi2) waardoor minder silicium per molecuul van het silicide aanwezig is en een volledige doordringing van het N+-gebied door het silicide wordt tegengegaan. Het is voorts duidelijk, dat indien de nikkelsinterbehandeling vóór de passivering plaatsvindt, 10 een verhittingsstap naar de passivering nodig kan zijn om de los gebonden waterstof uit het nikkel te drijven voordat een verdere behandeling plaatsvindt.It is clear that a number of modifications to the method are possible within the scope of the invention. While in the preferred embodiment the nickel interstep takes place after passivation, it can also be performed just before passivation. In such a case, it is clear that in cells with shallow junction, short ion beam exposures with or without thermal control of the substrate by a suitable heat sink may be desirable to prevent migration of the nickel silicide to the junction 5 go. Such control also results in Ni ^ Si instead of the other silicides (NiSi or NiSi2), as a result of which less silicon per molecule of the silicide is present and a complete penetration of the N + region by the silicide is prevented. It is further understood that if the nickel sintering takes place before the passivation, a heating step towards the passivation may be necessary to drive the loosely bound hydrogen out of the nickel before further treatment takes place.
Het is ook duidelijk, dat de verhitting van de cel tijdens de passivering kan worden gebruikt om ten minste een deel van de nik-15 kelsinterstap uit te voeren.It is also clear that the heating of the cell during passivation can be used to perform at least part of the nickel interstep.
Ofschoon bij de voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding gebruik wordt gemaakt van de gewijzigde laag, welke door de waterstofpassivering wordt gevormd, om een daaropvolgende dompelnikkelplatering te maskeren behoudens op eerder geplateerd nikkel, 20 de werkwijze ook met andere metalen dan nikkel kan worden uitgevoerd.Although the preferred method of the invention uses the modified layer formed by the hydrogen passivation to mask subsequent dip nickel plating except on previously plated nickel, the method can also be performed with metals other than nickel.
Zo is het bijvoorbeeld duidelijk, dat de initiële laag van de front-vlakelektroden bij een siliciuminrichting met ondiepe junctie kan worden neergeslagen door op verschillende bekende wijzen één van een aantal materialen met gering reactievermogen te plateren, welke in staat 25 zijn om (bij voorkeur bij een lage temperatuur) een ohm's contact te vormen en welke dienen als een barrière voor de diffusie van koper of een ander basismetaal, dat in een later stadium wordt neergeslagen. Geschikte metalen om te worden toegepast bij koper omvatten palladium, platina, kobalt en rhodium evenals nikkel. Ofschoon al deze materialen 30 siliciden vormen, is een silicidelaag niet essentieel. Het is evenwel belangrijk, dat de initiële metaallaag zich op de juiste wijze hecht, als een ohm's contact dient en als een barrière voor de migratie van een later neergeslagen metaal dient terwijl geen sterke migratie naar de junctie zelf plaatsvindt.For example, it is clear that the initial layer of the front face electrodes can be deposited in a shallow junction silicon device by plating one of a number of low reactivity materials which are capable of (preferably at low temperature) to form an ohmic contact and which serve as a barrier to the diffusion of copper or other base metal which is deposited at a later stage. Suitable metals to be used with copper include palladium, platinum, cobalt and rhodium as well as nickel. Although all of these materials form silicides, a silicide layer is not essential. However, it is important that the initial metal layer adheres properly, serves as an ohmic contact and serves as a barrier to the migration of a later deposited metal while not strongly migrating to the junction itself.
35 Het is duidelijk, dat de werkwijze volgens de uitvinding niet is beperkt tot de vervaardiging van zonnecellen uit EFG-substraten.It is clear that the method according to the invention is not limited to the production of solar cells from EFG substrates.
8420338 -12-8420338 -12-
Zo kunnen bijvoorbeeld gegoten polykristallijne lijnsubstraten, epi-taxiaal silicium op silicium met metallurgische kwaliteit of polysili-ciumlagen met hoge kwaliteit, gevormd door chemische of fysische neerslag uit de dampfase, worden toegepast voor het vormen van zonnecellen 5 met betrekkelijk hoog rendement volgens de uitvinding. Voorts is de werkwijze van toepassing op monokristallijn silicium. De werkwijze kan voorts zowel bij materiaal van N-type als materiaal van het P-type worden uitgevoerd.For example, cast polycrystalline line substrates, epitaxial silicon on metallurgical grade silicon or high quality polysilicon layers formed by chemical or physical precipitation from the vapor phase can be used to form relatively high efficiency solar cells according to the invention. Furthermore, the method applies to monocrystalline silicon. The process can furthermore be carried out with both N-type material and P-type material.
84203388420338
Claims (12)
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US56306183A | 1983-12-19 | 1983-12-19 | |
| US56306183 | 1983-12-19 | ||
| US65927984A | 1984-10-10 | 1984-10-10 | |
| US65927984 | 1984-10-10 | ||
| US68100384 | 1984-12-13 | ||
| US06/681,003 US4609565A (en) | 1984-10-10 | 1984-12-13 | Method of fabricating solar cells |
| US8402065 | 1984-12-14 | ||
| PCT/US1984/002065 WO1985002939A1 (en) | 1983-12-19 | 1984-12-14 | Method of fabricating solar cells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8420338A true NL8420338A (en) | 1985-11-01 |
Family
ID=27415903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8420338A NL8420338A (en) | 1983-12-19 | 1984-12-14 | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0167589A4 (en) |
| JP (1) | JPS61500756A (en) |
| AU (1) | AU574761B2 (en) |
| CH (1) | CH669476A5 (en) |
| DE (1) | DE3490612T1 (en) |
| GB (1) | GB2162996B (en) |
| NL (1) | NL8420338A (en) |
| SE (1) | SE456624B (en) |
| WO (1) | WO1985002939A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0168431A4 (en) * | 1983-12-19 | 1989-01-19 | Mobil Solar Energy Corp | METHOD FOR THE PRODUCTION OF SUN CELLS. |
| US4650695A (en) * | 1985-05-13 | 1987-03-17 | Mobil Solar Energy Corporation | Method of fabricating solar cells |
| NL2009382C2 (en) | 2012-08-29 | 2014-03-18 | M4Si B V | Method for manufacturing a solar cell and solar cell obtained therewith. |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4004044A (en) * | 1975-05-09 | 1977-01-18 | International Business Machines Corporation | Method for forming patterned films utilizing a transparent lift-off mask |
| US4347264A (en) * | 1975-09-18 | 1982-08-31 | Solarex Corporation | Method of applying contacts to a silicon wafer and product formed thereby |
| US4152824A (en) * | 1977-12-30 | 1979-05-08 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Manufacture of solar cells |
| US4214966A (en) * | 1979-03-20 | 1980-07-29 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Process useful in the fabrication of articles with metallized surfaces |
| US4224084A (en) * | 1979-04-16 | 1980-09-23 | Rca Corporation | Method and structure for passivating a semiconductor device |
| US4289381A (en) * | 1979-07-02 | 1981-09-15 | Hughes Aircraft Company | High selectivity thin film polarizer |
| US4261762A (en) * | 1979-09-14 | 1981-04-14 | Eaton Corporation | Method for conducting heat to or from an article being treated under vacuum |
| JPS6059994B2 (en) * | 1979-10-09 | 1985-12-27 | 三菱電機株式会社 | Method for forming fine patterns on aluminum film or aluminum alloy film |
| US4343830A (en) * | 1980-11-13 | 1982-08-10 | Motorola, Inc. | Method for improving the efficiency of solar cells having imperfections |
| JPS5821324A (en) * | 1981-07-30 | 1983-02-08 | Agency Of Ind Science & Technol | Pretreatment of metal surface substrate for semiconductor thin film growth added with hydrogen |
| NL8420337A (en) * | 1983-12-19 | 1985-11-01 | Mobil Solar Energy Corp | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS |
| EP0168431A4 (en) * | 1983-12-19 | 1989-01-19 | Mobil Solar Energy Corp | METHOD FOR THE PRODUCTION OF SUN CELLS. |
-
1984
- 1984-12-14 NL NL8420338A patent/NL8420338A/en unknown
- 1984-12-14 JP JP85500715A patent/JPS61500756A/en active Pending
- 1984-12-14 GB GB08515901A patent/GB2162996B/en not_active Expired
- 1984-12-14 WO PCT/US1984/002065 patent/WO1985002939A1/en not_active Ceased
- 1984-12-14 EP EP19850900535 patent/EP0167589A4/en not_active Withdrawn
- 1984-12-14 AU AU38886/85A patent/AU574761B2/en not_active Ceased
- 1984-12-14 DE DE19843490612 patent/DE3490612T1/en not_active Withdrawn
-
1985
- 1985-08-16 SE SE8503833A patent/SE456624B/en not_active IP Right Cessation
- 1985-12-14 CH CH3598/85A patent/CH669476A5/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2162996B (en) | 1987-08-12 |
| AU3888685A (en) | 1985-07-12 |
| JPS61500756A (en) | 1986-04-17 |
| GB2162996A (en) | 1986-02-12 |
| SE8503833D0 (en) | 1985-08-16 |
| EP0167589A1 (en) | 1986-01-15 |
| CH669476A5 (en) | 1989-03-15 |
| AU574761B2 (en) | 1988-07-14 |
| SE456624B (en) | 1988-10-17 |
| SE8503833L (en) | 1985-08-16 |
| EP0167589A4 (en) | 1989-01-19 |
| DE3490612T1 (en) | 1985-11-28 |
| WO1985002939A1 (en) | 1985-07-04 |
| GB8515901D0 (en) | 1985-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4557037A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| US4239810A (en) | Method of making silicon photovoltaic cells | |
| US5258077A (en) | High efficiency silicon solar cells and method of fabrication | |
| US4609565A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| US5011567A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| US5010040A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| JPH0520914B2 (en) | ||
| NL8420012A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS | |
| JP7492087B2 (en) | Back contact type solar cell and its manufacturing | |
| US5093280A (en) | Refractory metal ohmic contacts and method | |
| US4691077A (en) | Antireflection coatings for silicon solar cells | |
| JPH02500397A (en) | Method for manufacturing solar cells with antireflection coating | |
| JPS62232973A (en) | Method of forming conductive pattern on semiconductor surface | |
| NL8420338A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS | |
| US4650695A (en) | Method of fabricating solar cells | |
| AU573696B2 (en) | Ion milling | |
| NL8420336A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELLS | |
| JPS61500757A (en) | How to manufacture solar cells | |
| JPS61500755A (en) | How to manufacture solar cells | |
| RS65453B1 (en) | Back-side contact solar cell | |
| GB2107741A (en) | Electroless plating of nickel onto silicon | |
| JPS629647A (en) | Formation of metallic bump of semiconductor device |