DE19919742A1 - Verfahren zum Beschichten von Substraten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflexschicht für Solarzellen mittels einer in einer Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungskathode mit einem Magnetsystem - Google Patents
Verfahren zum Beschichten von Substraten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflexschicht für Solarzellen mittels einer in einer Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungskathode mit einem MagnetsystemInfo
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Abstract
Verfahren zum Beschichten von Substraten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflexschicht für Solarzellen mittels einer in einer Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungseinrichtung mit einem Magnetsystem und mindestens zwei darüber angeordneten Elektroden in einer kontrollierten Sauerstoffatmosphäre, wobei die Elektroden aus Silizium bestehen und elektrisch so geschaltet sind, daß sie abwechselnd Kathode und Anode der Gasentladung sind.
Description
Solarzellen sind Bauelemente, die Licht in elek
trische Energie umwandeln. Üblicherweise bestehen
sie aus einem Halbleitermaterial (meist Silizium),
das n- bzw. p-leitende Bereiche enthält. Die Be
reiche werden als Emitter bzw. Basis bezeichnet.
Durch einfallendes Licht erzeugte positive und ne
gative Ladungsträger werden am pn-Übergang ge
trennt und können durch metallische Kontakte auf
den jeweilige Bereichen abgeführt werden.
In der einfachsten Form bestehen Solarzellen aus
ganzflächigen Basis- und Emitterbereichen, wobei
der Emitter auf der dem Licht zugewandten Seite
liegt. Dadurch kann die Basis durch das möglicher
weise ganzflächige Aufbringen von Metall auf der
Rückseite kontaktiert werden. Der Emitter wird mit
einem Grid kontaktiert mit dem Ziel, möglichst
viele Ladungsträger abzuführen und möglichst wenig
Licht durch Abschattung am Metallkontakt für die
Solarzelle zu verlieren.
Zur Optimierung der Leistungsausbeute der Solar
zelle wird versucht, die optischen Verluste auf
Grund der Reflexion möglichst klein zu halten. Er
reicht wird dies durch die Abscheidung sogenannter
Antireflexionsschichten (ARC) auf der Oberfläche
der Solarzelle. Diese haben einen Brechungsindex,
dessen Wert zwischen dem des Siliziums
(n = ca. 3,7) und dem der Luft (n = 1) bzw. dem
von Glas (n = 1,5 im Falle der Einkapselung in
photovoltaischen Modulen) liegt. Weiterhin ist die
Schichtdicke der ARC so gewählt, daß sich im ener
getisch wichtigsten Spektralbereich gerade de
struktive Interferenz des reflektierten Lichtes
ergibt. Auch Mehrschichtsysteme oder Schichten mit
sich kontinuierlich änderndem Brechungsindex sind
möglich.
Bei der Herstellung von Solarzellen werden Antire
flex-Schichten aus folgenden Materialien einge
setzt: Siliziumdioxid (Brechungsindex n = ca. 1,5),
Magnesiumfluorid (n = ca. 1,4), Siliziumnitrid (n
= 1,9-2,3) und Titandioxid (n = 2,0-2,3). Im
Bereich der industriellen Solarzellenfertigung
werden allerdings hauptsächlich die beiden letzt
genannten verwendet. In Kombination mit der Glas
scheibe der Modulkapselung ist ihr Brechungsindex
günstiger. Darüber hinaus läßt sich der Brechungs
index bei Titandioxid und Siliziumnitrid in den
oben beschriebenen Grenzen einstellen. Typische
Schichtdicken liegen dann bei 65 nm-75 nm. Be
stimmte ARCs sind überdies in der Lage, die Ober
fläche der Solarzelle zu passivieren, d. h. die
Wahrscheinlichkeit, daß Ladungsträger an die Ober
fläche gelangen und dort rekombinieren, wird ver
ringert. Realisiert wurden solche Schichten bisher
aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid.
Titandioxid wird in der Solarzellenindustrie ins
besondere durch eine chemische Dampfabscheidung
bei Atmosphärendruck hergestellt (APCVD = At
mospheric Pressure Vapor Deposition). Der Prozeß
erfolgt z. B. über die Hydrolyse von Tetraisopro
poxidtitanat (TPT, Ti (OC3H7)4) bei einer Temperatur
von 280°C. Eine APCVD-Anlage besteht typischerwei
se aus einem Transportband, auf dem die Wafer
durch einen beheizten Bereich transportiert wer
den, in dem der chemische Dampf zugeführt wird und
sich auf den Siliziumwafern niederschlägt.
Ein bisher realisiertes Verfahren zur Aufbringung
von Siliziumnitridschichten für die Herstellung
von Solarzellen ist das thermische Siliziumnitrid
(TSiN). Hierbei bildet sich das Siliziumnitrid,
indem Stickstoff bei einer sehr hohen Temperatur
(< 1000°C) einem Siliziumwafer zugeführt wird. Das
Verfahren findet typischerweise in einem Quarzrohr
statt, um eine saubere Umgebung des Wafers zu rea
lisieren, da bei den angewendeten Temperaturen ei
ne Verunreinigung des Wafers, z. B. durch die Ein
diffusion von Metallen, das Leistungspotential der
Zellen stark begrenzt. Bei den hohen Temperaturen
dissoziiert der Stickstoff und bildet mit dem Si
lizium des Wafers die Siliziumnitridschicht. Die
Abscheideraten sind sehr gering und die Reinheits
anforderungen sehr hoch. Im Bereich der industri
ellen Solarzellenfertigung wird Siliziumnitrid mit
einem plasmaunterstützten chemischen Dampfabschei
dungsverfahren hergestellt (PECVD-plasma enhan
ced chemical vapor deposition). Hierbei werden
oberhalb der zu beschichtenden Siliziumoberfläche
die Gase Silan SiH4 und Ammoniak NH3 oder Stick
stoff N2 in einer Niederdruckumgebung (ca. 10-100
Pascal) bei einer Temperatur von 80-400°C zuge
führt. Durch ein von außen angelegtes Wechselspan
nungsfeld werden die Gasmoleküle dissoziiert und
auf dem Wafer bildet sich eine Siliziumnitrid
schicht. Durch die Verwendung von Silan wird zu
sätzlich Wasserstoff in die Schicht eingebaut.
Durch nachfolgende Temperaturschritte (mit
T < 300°C) diffundiert der Wasserstoff in das Si
lizium, wodurch eine Verbesserung insbesondere von
relativ niederwertigem Material erreicht wird.
Dies ist einer der wichtigsten Gründe dafür, daß
Siliziumnitrid heute das beliebteste Antireflexma
terial in der Solarzellenfertigung ist. Die Ab
scheidezeit der Siliziumnitridschicht für eine
Schichtdicke von ca. 75 nm beträgt ca. 10 min. al
lerdings sind vorher und nachher Zyklen zum Vaku
umauf- und -abbau notwendig, so daß die gesamte
Prozeßzeit ca. 30-40 min beträgt. In der industri
ellen Solarzellenfertigung wird ein Anlagenkonzept
verwendet, bei dem gleichzeitig eine Vielzahl von
Siliziumwafern (ca. 80-250) beschichtet wird, um
den geforderten Durchsatz von ca. 100 Wa
fern/Stunde erreichen zu können. Hierbei werden
die Solarzellen in einem Quarzrohr prozessiert
(siehe Abb. 2). Das Plasma wird durch Graphitelek
troden erzeugt, die in einem Abstand von ca. 13 mm
entweder parallel oder vertikal zur Längsachse des
Rohres angebracht sind. An diesen Elektroden be
finden sich kleine Halterungen, in die die Wafer
eingelegt werden.
Für die Herstellung von Titandioxid im APCVD-
Verfahren ergeben sich die folgenden Nachteile:
- 1. Da die Abscheidung des Titandioxids nicht ge richtet ist, wird der gesamte Reaktorraum mit Titandioxid bedeckt. Bei einer bestimmten Schichtdicke beginnt das Titandioxid abzublät tern und verschmutzt dabei auch die auf dem Transportband befindlichen Wafer. Dies erfor dert regelmäßige (tägliche) Reinigungszyklen, in denen die Apparatur abgeschaltet werden muß.
- 2. Im Gegensatz zum Siliziumnitrid passiviert Ti tandioxid die Oberfläche nicht und es wird auch kein Wasserstoff zur Materialpassivierung eingebracht, wodurch ein geringeres Potential für hohe Zellwirkungsgrade als beim Silizium nitrid besteht.
Für die Herstellung von Siliziumnitrid im PECVD-
Verfahren ergeben sich die folgenden Nachteile:
- 1. Die Hantierung der Wafer zur Beschickung der Graphitelektroden ist sehr aufwendig und wird zumeist manuell durchgeführt und insbesondere bei dünnen Siliziumwafern, wie sie in Zukunft aus Kostengründen bevorzugt eingesetzt werden, besteht eine große Bruchgefahr. Das manuelle Handling ist sehr personal- und somit kosten intensiv.
- 2. Die für die benötigten Schichtdicken notwendi ge relativ lange Prozeßzeit erschwert die Rea lisierung von Konzepten, in denen nur ein oder wenige Wafer gleichzeitig prozessiert werden. Eine Durchlaufanlage unter Anwendung des PECVD-Verfahrens für den geforderten Durchsatz wird deshalb groß und aufwendig.
- 3. Durch die ungerichtete Abscheidung entsteht im gesamten Reaktionsraum und insbesondere auf den Graphitelektroden eine Siliziumnitrid schicht, die nach einer gewissen Zeit zum ab blättern neigt. Deshalb muß nach ungefähr je dem 70. Prozeß ein Reinigungszyklus eingescho ben werden, währenddessen die Anlage nicht weiterbetrieben werden kann.
- 4. Durch die Halterung an den Graphitelektroden wird ein Teil der Zellfläche abgeschattet, so daß dort keine Abscheidung stattfindet und so ein inhomogener visueller Eindruck entsteht.
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von So
larzellen in einer kontrollierten Sauerstoffatmo
sphäre mit Hilfe eines Sputterverfahrens (US
4,358,478) bekannt, wobei auf einem Substrat aus
Quarzglas oder Keramik eine photoleitfähige Se-As-
Te-Schicht und auf diese eine optisch durchlässige
ITO-Schicht aufgesputtert wird. Das Target der
Sputterkathode enthält dazu 90% In2O3 und 10%
SnO2, wobei als Prozeßgas eine Mischung aus Argon
und Sauerstoff bei einem Druck von 3,5.10-3 Torr
Verwendung findet und die abgesputterte ITO-
Schicht eine Dicke zwischen 500 Å und 5000 Å auf
weist.
Bekannt ist weiterhin eine Solarzelle, die auf ein
Substrat aufgebracht wird, das eine Metallplatte
und eine auf die Metallplatte aufgebrachte elek
trisch isolierende Schicht aufweist, auf der eine
Vielzahl von in Reihe geschalteten Solarzellen be
festigt ist, wobei die elektrisch isolierende
Schicht eine dünne Schicht ist, die eine nicht
monokristalline Silikonmasse enthält, die durch
das Plasma CVD-Verfahren oder mit der Spritzpisto
le aufgetragen (sputter vapor deposition method)
ist und die einen Kohlenstoffgehalt von mindestens
10 Atom-% hat (EP 0 137 512).
Bekannt ist darüber hinaus eine Mehrkammer-
Glimmentladungsvorrichtung des Typs mit mehreren
Beschichtungskammern und einer Einrichtung zum
kontinuierlichen Transport einer langgestreckten
Substratmaterialbahn auf einem Transportweg, der
die Beschichtungskammern der Reihe nach durchläuft
(EP 0 576 559), wobei jede Beschichtungskammer
aufweist: eine Prozeßgasleitung zum Einleiten ei
nes Prozeßgases; eine Kathode, eine elektromagne
tische Energiequelle, die mit der Kathode elek
trisch verbunden ist; und Einrichtungen zum Ein
schließen des Prozeßgases in einem Kathodenbereich
der Kammer, wobei elektromagnetische Energie, die
der Kathode zugeführt wird, das Prozeßgas dissozi
iert und daraus ein Prozeßgasplasma in dem Katho
denbereich erzeugt, wobei eine Plasmaprofilein
heit, die in einer der Beschichtungskammern längs
des Transportweges der Substratmaterialbahn ange
ordnet ist, aufweist: ein Plasmaprofil; eine Ab
schirmung, die so angeordnet ist, daß sie das
Plasmaprofil im wesentlichen einschließt und einen
unmittelbar daran anschließenden Reinigungs-
/Passivierungsbereich abgrenzt; eine Rohrleitung
zum Einleiten eines Reinigungs-/Passivie
rungsgases, wobei die Rohrleitung mit der Abschir
mung in Verbindung steht und von der Prozeßgaslei
tung getrennt ist, wobei die Abschirmung in unmit
telbarer Nähe des Substrats angeordnet ist, um das
Reinigungs-/Passivierungsgas in dem Reinigungs-
/Passivierungsbereich einzuschließen und den Ein
tritt von Prozeßgas in den Reinigungs-/Passi
vierungsbereich zu verhindern; und eine Einrich
tung zum Zuführen elektromagnetischer Energie zum
Plasmaprofil, um das Reinigungs-/Passivierungsgas
zu dissoziieren und daraus ein Plasma in dem Rei
nigungs-/Passivierungsbereich zu erzeugen.
Die drei Beschichtungskammern sind dabei so ange
ordnet, daß die Substratmaterialbahn die Kammern
nacheinander durchläuft, wobei eine erste Kammer
einen Plasmabereich aufweist, der die Abscheidung
eines n-dotierten Körpers aus Siliziumlegierung
auf dem Substrat bewirkt und eine zweite Kammer
einen Plasmabereich aufweist, der die Abscheidung
eines im wesentlichen eigenleitenden Körpers aus
Siliziumlegierung auf dem Substrat bewirkt, und
wobei eine dritte Kammer einen Plasmabereich auf
weist, der die Abscheidung eines p-dotierten Kör
pers aus Siliziumlegierung bewirkt; wobei die Vor
richtung ferner eine erste Plasmaprofileinheit,
die zwischen dem Plasmabereich der ersten Be
schichtungskammmer und dem Plasmabereich der zwei
ten Beschichtungskammer angeordnet ist; und eine
zweite Plasmaprofileinheit aufweist, die zwischen
dem Plasmabereich der zweiten Beschichtungskammer
und dem Plasmabereich der dritten Beschichtungs
kammer angeordnet ist.
Vorgeschlagen wurde auch bereits eine Vorrichtung
zum reaktiven Beschichten eines Substrats
(EP 0 502 242) mit einem elektrisch isolierenden
Werkstoff, beispielsweise mit Siliziumdioxid
(SiO2), bestehend aus einer Wechselstromquelle,
die mit in einer evakuierbaren Beschichtungskammer
angeordneten Magnetronkathoden verbunden ist, de
ren Targets zerstäubt werden und deren zerstäubte
Teilchen sich auf dem Substrat niederschlagen, wo
bei zwei erdfreie Ausgänge der Wechselstromquelle
mit je einer Magnetronkathode verbunden sind, die
beide in einer Beschichtungskammer nebeneinander
liegend vorgesehen sind und zum gegenüberliegenden
Substrat jeweils etwa den gleichen räumlichen Ab
stand aufweisen, wobei die Magnetronkathoden je
weils eine eigene Verteilerleitung für das Prozeß
gas besitzen und die Aufteilung des Reaktivgas
flusses auf beide Verteilerleitungen von einem
Regler über ein Leitwertregelventil derart gesteu
ert ist, daß die gemessene Spannungsdifferenz der
Effektivwerte beider Kathoden mit einer Sollspan
nung übereinstimmt - wozu die Effektivwerte der
über Leitungen an die Kathoden angeschlossenen
Spannungseffektivwerterfassungen gemessen und als
Gleichspannungen dem Regler über Leitungen zuge
führt werden.
Schließlich ist ein Verfahren zur Herstellung ei
ner Halbleitervorrichtung mittels Mikrowellennie
derschlags bekannt (EP 0 616 729), die einen Über
gang zwischen einer Schicht aus Eigenhalbleiterma
terial und einer Schicht aus dotiertem Halbleiter
material aufweist, wobei das Verfahren die folgen
den Schritte umfaßt: Bereitstellen einer Beschich
tungskammer, Anordnen eines Substrats in der Kam
mer, Anordnen eines mit Spannung versorgbaren Vor
spannungsdrahtes in der Kammer in der Nähe des
Substrats, Einleiten eines Eigenhalbleiter-
Vorläufergases in die Kammer; Einbringen von
Mikrowellenenergie in die Kammer, wobei die Ener
gie so wirkt, daß sie ein Plasma aus dem Eigen
halbleitergas bildet und dieses zerlegt, um eine
Schicht aus Eigenhalbleitermaterial aufzubringen,
Versorgung des Vorspannungsdrahtes mit Spannung
und Aufbringen einer Schicht aus dotiertem Halb
leitermaterial auf die Schicht aus Eigenhalblei
termatieral, wobei der Vorspannungsdraht lediglich
während eines Abschnitts der Zeit, in der die Ei
genhalbleiterschicht aufgebracht wird, mit einer
positiven Spannung über 50 V versorgt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu
grunde, ein Verfahren zum Beschichten von Substra
ten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflex
schicht anzugeben, das die Nachteile der bekannten
Verfahren vermeidet und einen besonders stabilen
Beschichtungsprozeß mit deutlich verbesserter Be
schichtungsrate bei einem Höchstmaß an Antire
flexeigenschaften und bei niedrigsten Kosten und
geringstem Aufwand für die Reinigung der Beschich
tungsvorrichtung erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Antireflexschicht mittels einer in einer
Vakuumkammer angeordneten Zerstäubungseinrichtung
mit einem Magnetsystem und mindestens zwei darüber
angeordneten Elektroden abgeschieden wird, wobei
die Elektroden aus Silizium bestehen und elek
trisch so geschaltet sind, daß sie abwechselnd Ka
thode und Anode einer Gasentladung sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Pa
tentansprüchen näher beschrieben und gekennzeich
net.
Durch das Aufsputtern mit einer an sich bekannten
Beschichtungseinrichtung mit zwei mit Mittelfre
quenz betriebenen Magnetronkathoden werden die
Nachteile des bekannten Beschichtungsverfahrens,
das mit einer einzigen Magnetronkathode, die in
einer kontrollierten Sauerstoffatmosphäre betrie
ben wird, so daß offensichtlich Veränderungen in
der Raumladungszone auftreten, die den Wirkungs
grad der Solarzelle negativ beeinflussen, vermie
den.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh
rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist nachstehend
beschrieben.
Mono- und multikristalline Silizium-Wafer
(Basisdotierung: Bor, 2 W cm bzw. 0,5 W cm spez. Wi
derstand) wurden im erfindungsgemäßen Sputterver
fahren unter Variation der Parameter Leistung,
Gasfluß, Druck, Bandgeschwindigkeit und Schicht
dicke (50-350 nm) einseitig beschichtet. Außerdem
wurden die Transmissionsdaten der Schichten aufge
nommen (Tabelle 1). Die multikristallinen Wafer
waren zuvor mit einer Phosphordotierung zur Erzeu
gung des Emitters versehen worden, um die Zellpro
zessierung zu ermöglichen.
Die Qualität des erfindungsgemäßen Prozesses und
der Schichten wurden in folgenden Untersuchungen
verifiziert:
- 1. Die monokristallinen Wafer wurden zur Lebens dauermessung mittels Microwave-Photo-Conduc tance-Decay herangezogen, um die Oberflächen passivierungseigenschaften bestimmen zu kön nen.
- 2. Die multikristallinen Wafer wurden zu Solar zellen weiterprozessiert. Dabei wurden die Wa fer, die durch Brechungsindex (n = ca. 2,0) und Schichtdicke (ca. 75 nm) günstige Vorausset zungen für eine effiziente Zelle aufgewiesen haben, ausgewählt. Aus ihnen wurden 2.2 cm2 große Solarzellen gefertigt. Die Kontaktierung wurde dabei durch eine selektive Öffnung des Nitrides mit anschließendem Aufdampfen und Galvanisieren der Kontakte hergestellt.
Alleine die visuelle Überprüfung zeigt bereits die
sehr gute Dickenhomogenität der abgeschiedenen
Schichten. Durch anschließendes Tempern konnten
aus den Lebensdauermessungen Oberflächenrekombina
tionsgeschwindigkeiten von kleiner 1000 cm/s, ei
ner guten bis sehr guten Oberflächenpassivierung
entsprechend, abgeleitet werden.
Für alle vier Wafer wurden recht gute Solarzellen
parameter gemessen (Tabelle 2). Die beiden besten
Solarzellen zeigten Wirkungsgrade η von 13,2%.
Die Tatsache, daß die Leerlaufspannung Voc mit bis
zu 592 mV keinerlei Abweichung gegenüber ver
gleichbaren Zellen ohne gesputterte Antireflex
schicht zeigt, ist Beleg dafür, daß der erfin
dungsgemäße Sputterprozeß keine Verschlechterung
der Materialqualität hervorruft. Die gemessene
Kurzschlußstromdichten Jsc bis zu 30 mA/cm2 sind
für die verwendete Technologie recht hoch und Be
leg für gute Lichteinkopplung und Materialquali
tät. Hieraus kann abgeleitet werden, daß durch das
Sputtern keine signifikante Schädigung der
Zelloberfläche, d. h. des Emitters und der Raumla
dungszone eingetreten ist! Auch die Antireflexwir
kung und das Absorptionsverhalten der Schicht er
geben keine signifikanten Einbußen.
Claims (6)
1. Verfahren zum Beschichten von Substraten aus
dotiertem Silizium mit einer Antireflex
schicht für Solarzellen mittels einer in ei
ner Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungsein
richtung mit einem Magnetsystem und minde
stens zwei darüber angeordneten Elektroden in
einer kontrollierten Sauerstoffatmosphäre,
wobei die Elektroden aus Silizium bestehen
und elektrisch so geschaltet sind, daß sie
abwechselnd Kathode und Anode der Gasentla
dung sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Substrat ein mit Bor do
tierter Siliziumzuschnitt ist, in dessen obe
re, an die Antireflexschicht angrenzende
Schicht im heißen Ofen Phosphor eingebracht
ist, wobei die phosphordotierte Schicht die
n-leitende und die Schicht unterhalb der
Phosphordotierung die p-leitende Schicht bil
det.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da
durch gekennzeichnet, daß die als Si3N4 nie
dergeschlagene Antireflexschicht mit einem
Wechselstrom mit etwa 40 kHz von zwei wech
selweise betriebenen Kathoden abgesputtert
wird.
4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß auf die der Anti
reflexschicht abgekehrten Unterseite des
Substrats ein Zuschnitt aus einem elektrisch
leitenden Werkstoff aufgebracht ist und in
die Antireflexschicht Nuten bis auf die die
n-leitende Schicht des Substrats bildende
Schicht eingeschnitten, beispielsweise einge
ätzt sind, wobei die Nuten mit einer elek
trisch leitenden Substanz, beispielsweise mit
einer metallhaltigen Paste ausgefüllt sind.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß während des Sprühprozesses Fremdato
me, z. B. Wasserstoff oder Cäsium, in die ab
geschiedene Siliziumnitridschicht oder ange
regte oder ionisierte Atome oder Moleküle
eingelagert werden, die in einer in die Pro
zeßkammer integrierten Plasmaquelle erzeugt
werden, um die optischen und elektrischen Ei
genschaften der Schichten zu modifizieren.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß zwei Schichten sequentiell hinter
einander abgeschieden werden, wobei die ca.
10-40 nm starke Schicht einen hohen Anteil an
Silizium und eventuell zugegebenen Fremdato
men enthält, was durch eine geringe Zufuhr
von Stickstoff und einem großen Anteil der
anderen Reaktionsgase und des Inertgases
(Argon) erreicht wird, wobei für die zweite
ca. 40-70 nm starke Schicht die Stickstoffzu
fuhr deutlich erhöht und keine weiteren
Fremdatome zugegeben werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19919742A DE19919742A1 (de) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | Verfahren zum Beschichten von Substraten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflexschicht für Solarzellen mittels einer in einer Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungskathode mit einem Magnetsystem |
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| DE19919742A DE19919742A1 (de) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | Verfahren zum Beschichten von Substraten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflexschicht für Solarzellen mittels einer in einer Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungskathode mit einem Magnetsystem |
Publications (1)
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| DE19919742A Withdrawn DE19919742A1 (de) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | Verfahren zum Beschichten von Substraten aus dotiertem Silizium mit einer Antireflexschicht für Solarzellen mittels einer in einer Vakuumkammer betriebenen Zerstäubungskathode mit einem Magnetsystem |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19919742A1 (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009002408A1 (de) | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Wacker Chemie Ag | Zusammensetzung auf der Basis von Siloxancopolymeren |
| WO2010127845A1 (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for the production of oxide and nitride coatings and its use |
| US8076002B2 (en) | 2006-10-11 | 2011-12-13 | Wacker Chemie Ag | Laminates comprising thermoplastic polysiloxane-urea copolymers |
| DE102013017378A1 (de) | 2013-10-21 | 2015-04-23 | Wacker Chemie Ag | Laminate mit thermoplastischen Siloxan-Copolymeren |
| CN107768456A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-06 | 无锡厚发自动化设备有限公司 | 一种降低硅片反射率的制绒方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3411702A1 (de) * | 1983-03-31 | 1984-10-04 | Director General of Agency of Industrial Science and Technology Michio Kawata, Tokyo/Tokio | Verfahren zur herstellung eines mehrkomponentenduennfilms, insbesondere eines amorphen mehrkomponentensiliciumduennfilms |
| DE3511675A1 (de) * | 1984-04-02 | 1985-12-05 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | Antireflexfilm fuer eine photoelektrische einrichtung und herstellungsverfahren dazu |
| DE3713957C2 (de) * | 1987-04-25 | 1989-07-20 | Semikron Elektronik Gmbh, 8500 Nuernberg, De | |
| EP0502242A2 (de) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | Leybold Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrates |
| US5661041A (en) * | 1994-11-24 | 1997-08-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Conductive paste, solar cells with grid electrode made of the conductive paste, and fabrication method for silicon solar cells |
-
1999
- 1999-04-30 DE DE19919742A patent/DE19919742A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3411702A1 (de) * | 1983-03-31 | 1984-10-04 | Director General of Agency of Industrial Science and Technology Michio Kawata, Tokyo/Tokio | Verfahren zur herstellung eines mehrkomponentenduennfilms, insbesondere eines amorphen mehrkomponentensiliciumduennfilms |
| DE3511675A1 (de) * | 1984-04-02 | 1985-12-05 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | Antireflexfilm fuer eine photoelektrische einrichtung und herstellungsverfahren dazu |
| DE3713957C2 (de) * | 1987-04-25 | 1989-07-20 | Semikron Elektronik Gmbh, 8500 Nuernberg, De | |
| EP0502242A2 (de) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | Leybold Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrates |
| US5661041A (en) * | 1994-11-24 | 1997-08-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Conductive paste, solar cells with grid electrode made of the conductive paste, and fabrication method for silicon solar cells |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| JP 4-296063 A.,In: Patents Abstracts of Japan, E-1330,March 10,1993,Vol.17,No.115 * |
| MASAKI,Yuichi, et.al.: Structural and electrical properties of SiN¶x¶:H films. In: J. Appl. Phys. 73 (10), 15. May 1993, S.5088-5094 * |
| SAITO,N., et.al.: Improvement of photoconductivityof a-SiC:H films by introducing nitrogen during magnetron sputtering process. In: J. Appl. Phys. 69 (3), 1. Feb. 1991, S.1518-1521 * |
| SHIBATA,Noboru: Improvement of Solar Cell Performance Using Plasma-Deposited Silicon Nitride Films with Variable Refractive Indices. In: Japanese Journal Of Applied Physics, Vol.27, No.4, April 1988, S.480-484 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8076002B2 (en) | 2006-10-11 | 2011-12-13 | Wacker Chemie Ag | Laminates comprising thermoplastic polysiloxane-urea copolymers |
| DE102009002408A1 (de) | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Wacker Chemie Ag | Zusammensetzung auf der Basis von Siloxancopolymeren |
| WO2010119004A1 (de) | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Wacker Chemie Ag | Zusammensetzung auf der basis von siloxancopolymeren |
| WO2010127845A1 (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for the production of oxide and nitride coatings and its use |
| DE102013017378A1 (de) | 2013-10-21 | 2015-04-23 | Wacker Chemie Ag | Laminate mit thermoplastischen Siloxan-Copolymeren |
| CN107768456A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-06 | 无锡厚发自动化设备有限公司 | 一种降低硅片反射率的制绒方法 |
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