DE102005045096A1

DE102005045096A1 - Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102005045096A1
Application number: DE102005045096A
Authority: DE
Inventors: Gudrun Dr. Andrä; Fritz Dr. Falk
Original assignee: Institut fuer Physikalische Hochtechnologie eV
Current assignee: Institut fur Photonische Technologien Ev 0 De
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes sowie eine Dünnschichtsolarzelle vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird auf ein Glassubstrat (11) eine Keimschicht (12) aufgebracht, auf welche wiederum ein Galliumarsenidschichtsystem aufgebracht wird, das eine n-dotierte Galliumarsenidschicht (13) und eine p-dotierte Galliumarsenidschicht (14) umfasst, welche jeweils schichtweise durch Aufbringen amorpher oder nanokristalliner Galliumarsenidteilschichten und anschließendes laserunterstütztes Kristallisieren epitaktisch hergestellt werden. Auf das Galliumarsenidschichtsystem wird wiederum eine Passivierungsschicht aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitbauelementes sowie eine Dünnschichtsolarzelle.

Ein als Solarzelle ausgebildetes Halbleiterbauelement ist aus der DE 100 42 733 A1 bekannt. Dieses Halbleiterbauelement stellt eine multikristalline Laser-kristallisierte Silizium-Dünnschicht-Solarzelle dar, die ein Glassubstrat umfasst, auf dem eine multikristalline Siliziumschicht angeordnet ist, deren unterer, auf dem Substrat liegender Schichtbereich eine Keimschicht bildet, die p-dotiert ist. Der dem Substrat abgewandte Schichtbereich dieser Siliziumschicht ist in einem geringeren Umfang p-dotiert und als sogenannte Absorberschicht ausgebildet. Auf der Siliziumschicht ist eine weitere Siliziumschicht angeordnet, die n-dotiert ist und als Emitterschicht dient. Mikro- oder multikristallines Silizium hat als indirekter Halbleiter bei der Anwendung bei Dünnschicht- Solarzellen den Nachteil eines niedrigen Absorptionskoeffizienten, was dazu führt, dass die Absorberschicht eine Mindestdicke von 40 μm aufweisen muss oder aber Lichtfallenstrukturen realisiert werden müssen, was jeweils zu hohen Herstellungskosten der betreffenden Dünnschichtsolarzelle führt.

Bekannt ist es auch, amorphes Silizium bei Dünnschichtsolarzellen einzusetzen, welches einen hohen Absorptionskoeffizienten hat, so dass Schichtdicken von 1 μm realisiert werden können. Derartige Solarzellen haben jedoch nur einen niedrigen Wirkungsgrad.

Des Weiteren ist es bekannt, Dünnschichtsolarzellen unter der Verwendung von Kupfer-Indium-Diselenid, von Derivaten davon oder auch von Cadmiumtellurid herzustellen. Cadmiumtellurid ist ein direkte Halbleiter mit einem großen Absorptionskoeffizienten, so dass zur Lichtabsorption eine Schichtdicke von etwa 1 μm ausreichend ist. Es können nur Schichten einer Dicke von mindestens 10 μm realisiert werden.

Des Weiteren ist es bekannt, dass Galliumarsenid, das einen direkten Halbleiter darstellt, einen hohen Absorptionskoeffizienten hat. Jedoch ist bisher die Herstellung kristalliner Galliumarsenidschichten für Solarzellen oder mikro- und optoelektronischen Bauteilen nur bei sehr hohen Temperaturen möglich, was die Verwendung kostengünstiger Substrate, wie Glassubstrate, unmöglich macht. Daher werden bisher als Substrate für ein epitaktisches Wachstum Galliumarsenidwafer, Germaniumwafer oder Siliziumwafer mit einer Silizium-Germanium-Zwischenschicht eingesetzt, welche jeweils eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen.

Derartige Substrate führen aber zu teuren Dünnschichtsolarzellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes auf Glassubstrat sowie eine Solarzelle bereitzustellen, die einen hohen Wirkungsgrad hat und kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle bereitgestellt, bei welchem ein Glassubstrat mit einer Keimschicht versehen wird, die durch laserunterstützte Kristallisation eines in amorpher Form aufgebrachten Stoffes hergestellt wird, ein GaAs-Schichtsystem aus mindestens einer p- oder n-dotierten GaAs-Schicht und einer n- bzw. p-dotierten GaAs-Schicht epitaktisch auf die Keimschicht aufgebracht wird und eine Passivierungsschicht auf das GaAs-Schichtsystem aufgebracht wird. Das Aufbringen des GaAs-Schichtsystems erfolgt derart, dass zunächst n- oder p-dotiertes GaAs und dann p- bzw. n-dotiertes GaAs jeweils schichtweise in amorpher oder nanokristalliner Form aufgebracht wird und die amorph aufgebrachten Teilschichten nach ihrem jeweiligen Aufbringen jeweils mittels eines gepulst betriebenen Lasers bestrahlt werden, so dass das in amorpher oder nanokristalliner Form abgeschiedene GaAs aufgeschmolzen wird und bei seiner Abkühlung kristallisiert. Die Abscheidung von GaAs erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, wird also während des Bestrahlungs- und Aufschmelzprozesses nicht gestoppt.

Wesentlich bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es, dass das GaAs-Schichtsystem schrittweise hergestellt wird, und zwar dadurch, dass nacheinander dünne amorphe oder nanokristalline GaAs-Schichten abgeschieden werden und diese dann in gepulster Form mit einem Laser bestrahlt werden. Dadurch wird die neu aufgebrachte amorphe oder nanokristalline Schicht sowie ein geringer Teil einer unter dieser Schicht angeordneten, bereits kristallisierten Schicht aufgeschmolzen. Die Aufschmelztiefe einer bereits kristallisierten Schicht ist bei dem Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise auf 5 bis 100 nm beschränkt. Die resultierende Schmelze erstarrt wiederum auf der kristallinen Unterlage epitaktisch. Die Unterlage für die als erstes aufgebrachte GaAs-Teilschicht bildet die Keimschicht, deren Gitterkonstante im Bereich derjenigen von GaAs liegen sollte und die mithin beispielsweise aus grobkristallinem Germanium, Silizium oder auch einer Silizium/Germanium-Legierung bestehen kann.

Eine Solarzelle, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist, umfasst mithin ein Glassubstrat, eine kristalline Keimschicht, die auf dem Glassubstrat angeordnet ist, eine epitaktisch auf die Keimschicht aufgewachsene, kristalline Schicht aus n- oder p-dotiertem GaAs, eine epitaktisch auf die n- oder p-dotierte GaAs-Schicht aufgewachsene Schicht aus p- bzw. n-dotiertem GaAs und eine auf der p- bzw. n-dotierten GaAs-Schicht angeordnete Passivierungsschicht.

Durch den Einsatz eines Glassubstrats können kostengünstigere Halbleiterbauelemente hergestellt werden als bei Verwendung der einleitend genannten hochtemperaturbeständigen Substrate. Durch die laserunterstützte Kristallisation der Teilschichten der beiden GaAs-Schichten ist es möglich, eine Dünnschichtsolarzelle mit einem p-n- Übergang auf einem Glassubstrat herzustellen, wobei die GaAs-Schichten jeweils kristallin vorliegen, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads führt.

Die Keimschicht kann derartig präpariert werden, dass das Material der Keimschicht nach einem üblichen Verfahren, wie Elektronenstrahlbedampfung, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) oder dergleichen amorph aufgebracht und dann mit einem Laser, wie einem cw-Laser, bestrahlt wird. Dadurch wird das amorphe Material aufgeschmolzen. Dieses kann anschließend bei seiner Abkühlung kristallisieren. Ein derartiger Prozess ist glasverträglich. Die resultierende kristalline Keimschicht weist Kristallite mit Korngrößen von beispielsweise mehr als 10 μm auf.

Die Keimschicht des Halbleiterbauelementes nach der Erfindung hat vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 200 nm und 2 μm.

Damit die Keimschicht als Elektrode dienen kann, ist sie vorzugsweise hoch n- oder p-dotiert, wobei als Material der Keimschicht insbesondere dotiertes Germanium, dotiertes Silizium oder auch eine dotierte Silizium/Germanium-Legierung eingesetzt werden kann. Wenn Germanium als Material der Keimschicht eingesetzt wird, muss die Beleuchtung der Dünnschichtsolarzelle in deren Betrieb von der dem Glassubstrat abgewandten Seite erfolgen.

Vorzugsweise erfolgt die laserunterstützte Kristallisation einer abgeschiedenen GaAs-Schicht jeweils nach dem Auftragen einer Schicht mit einer Dicke von 20 nm bis 100 nm. Derartig geringe Schichtdicken begünstigen das epitaktische Wachstum des GaAs-Schichtsystems.

Um den Verlust an Arsen beim Aufschmelzen der amorphen GaAs-Schichten ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das amorphe oder nanokristalline GaAs mit einem Arsenüberschuss abgeschieden wird.

Aus diesem Grunde sollte auch sichergestellt sein, dass die durch die Laserbestrahlung resultierende Galliumarsenid-Schmelze nur für kurze Zeit existiert, was dadurch erreicht werden kann, dass der Laser zum Kristallisieren der GaAs-Teilschichten mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ns und vorzugsweise von mehr als 1 ns betrieben wird. Als Laser kann insbesondere ein im UV-Bereich strahlender Excimerlaser eingesetzt werden, der üblicherweise mit einer Pulsdauer zwischen 20 und 200 ns arbeitet.

Zum Aufbringen des amorphen oder nanokristallinen Galliumarsenids können herkömmliche Abscheidungsverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann das amorphe oder nanokristalline Galliumarsenid nach einem Sputterverfahren oder auch aus einer Gasphase aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein sogenanntes MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)-Verfahren eingesetzt werden, das bei Temperaturen durchgeführt werden kann, die von Glas, wie beispielsweise Borosilikatglas, toleriert werden. Auch kann das sogenannte MBE(Molecular Beam Epitaxy)-Verfahren eingesetzt werden, das aber nur eine geringe Abscheidungsrate von etwa 1 μm/h bietet und mithin im industriellen Maßstab in der Regel nicht eingesetzt werden wird. Grundsätzlich ist bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Beheizung des Substrats nicht erforderlich, so dass als Substrat auch kostengünstiges Kalknatronglas eingesetzt werden kann. Gegebenenfalls kann aber die Schichtherstellung durch Beheizung des Substrats begünstigt werden.

Durch die Bestrahlung mit dem Laser wird die aufgebrachte, amorphe oder nanokristalline Galliumarsenidschicht vorzugsweise für 10 bis 200 ns auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des amorphen oder nanokristallinen Galliumarsenids gebracht, welcher für nanokristallines Galliumarsenid bei 1240 °C und für amorphes Galliumarsenid etwa 200 bis 400°C unter dieser Temperatur liegt.

Die als Absorberschicht des Galliumarsenidschichtsystems dienende Galliumarsenidschicht hat vorzugsweise eine Dicke von weniger als 3 μm. Eine solch geringe Schichtdicke lässt die Herstellung kostengünstiger Solarzellen zu. Die Korngröße des Galliumarsenids beträgt mindestens 10 μm bis 250 μm.

Bei der Steuerung des Verfahrens ist es von Bedeutung, dass bei der ersten, auf die Keimschicht aufgebrachten amorphen Galliumarsenidteilschicht diese Teilschicht bis an die Keimschicht heran aufgeschmolzen wird. Gegebenenfalls wird hierbei auch die darunterliegende Keimschicht mit angeschmolzen. Damit epitaktische Erstarrung von Galliumarsenid auftritt, muss zunächst der aufgeschmolzene Teil der Keimschicht epitaktisch erstarren, so dass die Galliumarsenidschmelze ein Templat vorfindet, auf der sie epitaktisch erstarren kann. Die Prozesssteuerung kann durch eine geeignete Wahl der Schichtdicken der Keimschicht und des amorphen oder nanokristallinen, vor dem ersten Excimerlaserpuls abgeschiedenen Galliumarsenids, durch die Wahl der Leistungsdichte des Laserpulses, die Pulsdauer und dergleichen erfolgen. Des Weiteren kann zur Erhöhung der Wärmeabfuhr aus dem Schichtsystem auch eine weitere Metallzwischenschicht zwischen dem Glassubstrat und der Keimschicht ausgebildet werden. Die Metallzwischenschicht kann auch zur Kontaktierung des Halbleiter bauelementes bzw. als hochleitfähige Elektrodenschicht eingesetzt werden. Die Metallzwischenschicht zwischen dem Substrat und der Keimschicht, die als hochleitfähige Elektrode für eine Solarzelle dienen kann, ist beispielsweise aus einem hochschmelzenden Material wie Molybdän oder Wolfram gebildet. Da diese Materialien lichtundurchlässig sind, muss dann die Beleuchtung der Solarzelle von der dem Substrat abgewandten Seite aus erfolgen. Ein hoher Schmelzpunkt für das Material der Metallzwischenschicht ist zu wählen, damit die Metallzwischenschicht bei der Laserkristallisation der Keimschicht nicht schmilzt.

Um zu verhindern, dass Fremdatome aus dem Substrat von der Keimschicht aufgenommen werden, was im Fall von Borosilikatglas zu einer p-Dotierung der aus beispielsweise aus Germanium oder Silizium hergestellten Keimschicht führen kann, kann es erforderlich sein, eine Diffusionsbarrierenschicht zwischen dem Substrat und der Keimschicht aufzubringen. Diese kann von der Metallzwischenschicht gebildet sein. Auch kann sie aus einem Nichtleiter wie beispielsweise SiO₂, Si₃N₄ oder Ta₂O₅ gebildet sein. In diesem Fall ist die Keimschicht vorteilhaft hoch dotiert ausgebildet, so dass sie als hochleitfähige Elektrodenschicht genutzt werden kann.

Die Passivierungsschicht hat vorzugsweise eine ähnliche Gitterkonstante wie Galliumarsenid, so dass sie epitaktisch aufgebracht werden kann. Beispielsweise besteht sie aus AlGaAs, InGaP oder AlInP, welche einen größeren Bandabstand als GaAs haben. Diese Verbindungen sind durchsichtig und können bei einer Bestrahlung eines als Solarzelle ausgebildeten Halbleiterbauelementes nach der Erfindung von der dem Substrat abgewandten Seite der Zelle auch als Fenstermaterial dienen.

Bei der Dünnschichtsolarzelle nach der Erfindung kann die p-dotierte Galliumarsenidschicht als Emitter und die n-dotierte Galliumarsenidschicht als Absorber ausgebildet sein oder auch die p-dotierte Galliumarsenidschicht als Absorber und die n-dotierte Galliumarsenidschicht als Emitter ausgebildet sein.

Die Kontaktierung des Halbleiterbauelements an der dem Glassubstrat abgewandten Seite kann mittels einer üblichen Fingerelektrode oder im Falle einer transparenten Keimschicht mittels einer großflächigen Elektrode erfolgen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Vier Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten Solarzelle nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Schichtfolge einer Dünnschichtsolarzelle mit Glassubstrat;
2 eine Schichtfolge einer alternativen Ausführungsform einer Dünnschichtsolarzelle;
3 eine Schichtfolge einer weiteren Ausführungsform einer Dünnschichtsolarzelle; und
4 eine Schichtfolge einer vierten Ausführungsform einer Dünnschichtsolarzelle.
In 1 ist eine Dünnschichtsolarzelle 10 dargestellt, die mit einem Substrat 11 aus Borosilikatglas versehen ist. Das Substrat 11 ist mit einer Keimschicht 12 aus Silizium oder Germanium versehen, die hoch p-dotiert ist und so als Elektrode dienen kann. Die Keimschicht 12 ist kristallin ausgebildet und dient an der dem Substrat 11 abgewandten Seite als Basis für eine epitaktisch aufgewachsene, p-dotierte Galliumarsenidschicht 13, die im vorliegenden Fall den Absorber der Solarzelle 10 darstellt. Auf dem Absorber 13 ist wiederum in epitaktischer Weise eine n-dotierte Galliumarsenidschicht 14 angeordnet, die bei der Solarzelle 10 den Emitter bildet. Auf der n-dotierten Galliumarsenidschicht 14 ist eine Passivierungsschicht 15 angeordnet, die im vorliegenden Fall aus AlGaAs gefertigt ist und epitaktisch auf der n-dotierten Galliumarsenidschicht 14 abgeschieden ist.
Die Keimschicht 12 hat eine Dicke von etwa 1 μm. Die den Absorber darstellende, p-dotierte Galliumarsenidschicht 13 hat eine Dicke von weniger als 3 μm. Die n-dotierte, den Emitter darstellende Galliumarsenidschicht 14 ist wiederum dünner als die p-dotierte Galliumarsenidschicht 13 ausgebildet und hat eine Dicke zwischen 50 und 500 nm. Die Passivierungsschicht 15 hat ein Dicke zwischen 20 und 100nm.
Im Betrieb der Dünnschichtsolarzelle 10 erfolgt die Beleuchtung von der dem Glassubstrat 11 abgewandten Seite, d.h. die Passivierungsschicht 15 dient als Fenster. Wenn Silizium für die Ausbildung der Keimschicht eingesetzt wird, kann die Beleuchtung auch von der Seite des Glassubstrats 11 erfolgen.
Eine Gegenelektrode zu der als Elektrode dienenden Keimschicht 12 ist nach Art einer Fingerstruktur auf der Passivierungsschicht angeordnet und vorliegend nicht näher dargestellt.
Die Herstellung der Solarzelle 10 erfolgt derartig, dass auf dem kostengünstigen Glassubstrat 11 zunächst die Keimschicht 12 präpariert wird, die multikristallin ausgebildet ist. Hierzu wird das Material der Keimschicht 12 in amorpher Form nach einem bekannten Verfahren, wie PECVD oder Elektronenstrahlbedampfung, aufgebracht. Anschließend wird die Fläche der Keimschicht mit einem Strahl eines cw-Lasers überstrichen, so dass das Material der Keimschicht 12 aufschmilzt und bei seiner Abkühlung kristallisiert. Dadurch entsteht eine multikristalline Schicht, deren Kristallite eine Korngröße von mindestens 10 μm aufweisen. Der cw-Laser wird mit einer Leistungsdichte zwischen einigen kW/cm² und einigen 100 kW/cm² betrieben. Die Scangeschwindigkeit beträgt beispielsweise 1 bis 100 cm/s.
Anschließend wird auf die Keimschicht 12 p-dotiertes Galliumarsenid nach einem Magnetronsputter-Verfahren oder einem CVD-Verfahren aufgebracht, wobei bei der Abscheidung des Galliumarsenids die wachsende Schicht regelmäßig, und zwar jeweils nachdem einige 10 nm Galliumarsenid abgeschieden wurden, mittels eines Excimerlasers gepulst bestrahlt wird. Die Pulsdauer beträgt hierbei zwischen 20 ns und 100 ns. Die Energiedichte beträgt beispielsweise 50 bis 1000 mJ/cm². Dadurch wird die zunächst amorph oder nanokristallin vorliegende Galliumarsenidschicht sowie ein kleiner Teil der jeweils darunterliegenden kristallinen Schicht aufgeschmolzen. Anschließend erstarrt die resultierende Schmelze auf dem kristallinen Untergrund epitaktisch. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Schichtdicke für die p-dotierte Galliumarsenidschicht 13 erreicht ist.
Dann wird die Dotierung des aufzubringenden Galliumarsenids geändert, so dass die n-dotierte Galliumarsenidschicht 14 erzeugt werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass zur Abscheidung unterschiedlicher Dotierstoffe bei einem Sputterverfahren ein zweites Sputtertarget eingesetzt wird oder bei einem CVD-Verfahren ein anderes Dotiergas zugefügt wird. Auch die n-dotierte Galliumarsenidschicht 14 wird schrittweise epitaktisch in der für die p-dotierte Galliumarsenidschicht 13 beschriebenen Weise aufgebaut.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Dotierprofil in das aus den beiden Schichten 13 und 14 gebildete Galliumarsenidschichtsystem einzubringen und somit den Absorber und den Emitter der Solarzelle 10 in einem Verfahrensschritt herzustellen.
Nach dem Aufbringen der n-dotierten Galliumarsenidschicht 14 wird die Passivierungsschicht 15 ebenfalls schichtweise in der für die beiden Schichten 13 und 14 beschriebenen Weise epitaktisch aufgebracht.
Alternativ kann auch ein borfreies Glassubstrat eingesetzt werden. Dann kann die Keimschicht auch n-dotiert sein und von einer n-dotierten Absorberschicht aus Galliumarsenid gefolgt sein, auf welcher wiederum eine p-dotierte Emitterschicht aus Galliumarsenid angeordnet ist. Letztere ist wiederum von einer Passivierungsschicht überdeckt.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Solarzelle 20 dargestellt, die ebenfalls als Dünnschichtsolarzelle ausgebildet ist und mit einem Glassubstrat 11 versehen ist. Die Solarzelle 20 weist eine p-dotierte Keimschicht 12 aus Silizium auf dem Glassubstrat 11 auf, die kristallin ausgebildet ist und auf der eine p-dotierte Galliumarsenidschicht 13' angeordnet ist, welche in diesem Fall den Emitter der Solarzelle 20 bildet. Auf der p- dotierten Galliumarsenidschicht 13' ist wiederum eine n-dotierte Galliumarsenidschicht 14' ausgebildet, die im vorliegenden Fall den Absorber bildet und eine Dicke von etwa 3 μm hat. Auf der Schicht 14' ist wiederum eine Passivierungsschicht 15 angeordnet.
Im Betrieb der Solarzelle 20 erfolgt die Beleuchtung von der Seite des Glassubstrats 11.
Wenn ein borfreies Glassubstrat eingesetzt wird, kann die Keimschicht n-dotiert sein und von einer n-dotierten Emitterschicht aus Galliumarsenid gefolgt sein, auf welcher wiederum eine p-dotierte Absorberschicht aus Galliumarsenid angeordnet ist. Letztere ist wiederum von einer Passivierungsschicht überdeckt.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Solarzelle 30 dargestellt, die im Wesentlichen entsprechend der Solarzelle nach 2 ausgebildet ist, sich von dieser aber dadurch unterscheidet, dass sie zwischen dem Glassubstrat 11 und der Keimschicht 12 eine Metallzwischenschicht 31 aus Wolfram aufweist. Die Metallzwischenschicht 31 bildet eine hochleitende Elektrode der Solarzelle 30.
In 4 ist eine Solarzelle 40 dargestellt, die im Wesentlichen der Solarzelle nach 1 entspricht, sich von dieser aber dadurch unterscheidet, dass zwischen dem Glassubstrat 11 und der Keimschicht 12 eine Diffusionsbarrierenschicht aus Siliziumnitrid angeordnet ist, die verhindert, dass eine Diffusion zwischen dem Glassubstrat 11 und der Keimschicht 12 stattfindet, welche zu einer Fehldotierung der Keimschicht 12 führen könnte.
Die Keimschicht 12 der Solarzelle 40 ist hochdotiert, so dass sie als Elektrode der Solarzelle 40 dienen kann.
Die Herstellung der Solarzellen 20, 30 und 40 erfolgt entsprechend der Herstellung der in 1 dargestellten Solarzelle 10 durch eine schichtweise Abscheidung und Laserkristallisation der Galliumarsenidschichten 13 bzw. 13' und 14 bzw. 14' sowie der Passivierungsschicht 15.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, umfassend folgende Schritte: – ein Glassubstrat (11) wird mit einer Keimschicht (12) versehen, die durch laserunterstützte Kristallisation eines in amorpher Form aufgebrachten Stoffes hergestellt wird, – ein Galliumarsenidschichtsystem aus mindestens einer p-oder n-dotierten Galliumarsenidschicht (13, 13') und einer n- bzw. p-dotierten Galliumarsenidschicht (14, 14') wird epitaktisch auf die Keimschicht (12) aufgebracht, wobei zum Aufbringen des Galliumarsenidschichtsystems zunächst n- oder p-dotiertes Galliumarsenid und dann p- bzw. n-dotiertes Galliumarsenid jeweils schichtweise in amorpher oder nanokristalliner Form aufgebracht wird und die resultierende Teilschicht jeweils nach ihrer Abscheidung mittels eines gepulst betriebenen Lasers bestrahlt werden, so dass das in amorpher Form abgeschiedene Galliumarsenid aufgeschmolzen wird und bei seiner Abkühlung kristallisiert, – eine Passivierungsschicht (15) wird auf das Galliumarsenidschichtsystem epitaktisch aufgebracht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nach dem Abscheiden einer amorphen oder nanokristallinen Galliumarsenidteilschicht mit einer Dicke von 20 bis 100 nm eine laserunterstützte Kristallisation dieser Teilschicht ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphen oder nanokristallinen Galliumsarsenidteilschichten mit einem Arsenüberschuss aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphen oder nanokristallinen Galliumarsenidteilschichten jeweils nach einem Sputterverfahren oder aus einer Gasphase aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser zum Kristallisieren der amorphen oder nanokristallinen Galliumarsenidteilschichten mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ns und vorzugsweise von mehr als 1 ns betrieben wird und der Laser ein im UV-Bereich strahlender Excimerlaser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphen oder nanokristallinen Galliumarsenidteilschichten mittels des Lasers jeweils für 10 bis 200 ns auf eine Temperatur gebracht werden, die zwischen 850°C und 1240°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (15) epitaktisch aufgebracht wird und vorzugsweise aus AlGaAs, AlInP oder AlInP gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Keimschicht (12) eine Metallzwischenschicht (31) oder eine Diffusionsbarrierenschicht (41) auf das Substrat aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimschicht (12) durch Bestrahlen mit einem cw-Laser von einer amorphen in eine kristalline Schicht überführt wird, die vorzugsweise Kristallite einer Korngröße von mindestens 10 μm, vorzugsweise von mindestens 100 μm aufweist.
Dünnschichtsolarzelle, umfassend: – ein Glassubstrat (11), – eine kristalline Keimschicht (12), die auf dem Glassubstrat (11) angeordnet ist, – eine epitaktisch auf die Keimschicht (12) aufgewachsene, kristalline Schicht (13, 13') aus n-oder p-dotiertem Galliumarsenid, – eine epitaktisch auf die n- oder p-dotierte Galliumarsenidschicht (13, 13') aufgewachsene Schicht (14, 14') aus p- bzw. n-dotiertem Galliumarsenid, und – eine auf der p- bzw. n-dotierten Galliumarsenidschicht (14, 14') angeordnete Passivierungsschicht (15).
Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die p-dotierte Galliumarsenidschicht (14) als Emitter und die n-dotierte Galliumarsenidschicht (13) als Absorber ausgebildet ist.
Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die p-dotierte Galliumarsenidschicht (14') als Absorber und die n-dotierte Galliumarsenidschicht (13') als Emitter ausgebildet ist.
Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimschicht (12) hochdotiert ist und eine elektrische Kontaktschicht bildet.
Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimschicht (12) eine Dicke zwischen etwa 200 nm und 2 μm hat.
Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimschicht (12) im Wesentlichen aus Germanium, Silizium oder einer Silizium/Germanium-Legierung gebildet ist.
Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat (11) und der Keimschicht (12) eine Metallzwischenschicht (31), deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes des Materials der Keimschicht (12) liegt, oder eine Diffusionsbarrierenschicht (41) angeordnet ist.
Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (13, 13') eine Dicke von weniger als 3 μm hat.
Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (15) epitaktisch auf die dem Glassubstrat (11) abgewandte Galliumarsenidschicht (14, 14') aufgewachsen ist.
Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die kristallinen Galliumarsenidschichten (13, 13', 14, 14') Kristallite einer Korngröße von mindestens 10 μm bis 250 μm umfassen.