способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя из монокристаллического кремния

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя из монокристаллического кремния путем создания p-n переходов в пластине полупроводника, металлизации пластин, сборки пластин в столбик с прокладками из алюминия, сплавления пластин, резания столбика на структуры, создания изотипных переходов, присоединения токовыводящих контактов, нанесения просветляющего покрытия, отличающийся тем, что перед сплавлением пластин с p⁺-p(n)-n⁺ структурой в столбик пластины ориентируют в одном кристаллографическом направлении и n⁺-область отделяют от прокладок из алюминия слоем силумина в виде фольги или слоем силумина, полученным вакуумным напылением, содержащим 10 - 30% кремния, толщиной около 10 - 30 мкм, а сплавление проводят под давлением в вакуумной печи при температурах 650 - 750^oC при времени нагревания до этой температуры 15 - 30 минут, выдержке 5 - 10 минут и охлаждении с градиентом 40 - 80^oC/час.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых фотопреобразователей (ФП). Область применения - возобновляемые источники энергии.

Известен полупроводниковый ФП, представляющий собой блок скоммутированных микрофотопреобразователей с p-n переходами, размещенными параллельно падающему излучению, и способы изготовления такого ФП (авт. св. СССР N 288159-288163, МКИ⁵ H 01 31/18, 1963 г).

К недостаткам способов изготовления таких ФП относятся низкие значения КПД, малая механическая и температурная прочность скоммутированных припоем матриц ФП.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления ФП с p-n переходами параллельными падающему излучению, при котором соединение пластин кремния с p-n переходом производится путем спекания (сплавления) их с помощью алюминиевой фольги (Sater В. L. at all "The multiple Junction Edge Illumi nated Solar Cells" in Conf. Rec. Tenth IEEE Photovoltaic Specialists Conf. , 1973, p. 188- 193). Согласно этому способу в кремниевые пластины проводится глубокая диффузия для создания p-n перехода и n⁺-области для создания изотипного барьера. После создания p-n-n⁺ структур производится их сплавление с алюминиевой фольгой. Разрезанием стопы по плоскостям, перпендикулярным p-n переходу, изготавливаются образцы нужной толщины, из которых после дополнительной обработки (травление и нанесение контактов) получаются ФП с вертикальными p-n переходами.

В данном способе изготовления не предусмотрено устранение компенсирующего влияния алюминия как акцепторной примеси на n⁺-область, что в результате приводит к снижению КПД ФП за счет ухудшения омичности контакта и качества сплавного контакта. Сущность данного изобретения заключается в том, что перед сплавлением пластин с p⁺-n-n⁺ (или p⁺-p-n⁺) структурой в столбик пластины ориентируют в одном кристаллографическом направлении и n⁺-область отделяют от алюминия слоем силумина в виде фольги или слоем силумина, полученным вакуумным напылением, содержащим 10-30% кремния, толщиной 10-30 мкм, а сплавление проводят под давлением в вакуумной печи при 650-750^oC, при времени нагревания до этой температуры в течение 15-30 мин, выдержке 5-10 мин и охлаждении с градиентом в диапазоне 40-80^oC/ч.

Технический результат изобретения выражается в увеличении КПД ФП за счет устранения компенсирующего влияния алюминия на n⁺-область, в улучшении сплавного соединения, в увеличении механической прочности и температурной стойкости.

Примером осуществления данного способа изготовления полупроводникового ФП может служить набор следующих технологических операций.

Снятие фаски на исходном слитке кремния n-типа (или p-типа) с высокой диффузионной длиной носителей заряда с последующей после резки слитка на пластины ориентацией (перед сплавлением пластин) в одном кристаллографическом направлении с использованием фаски.

Резка слитка на пластины и последующая обработка пластин: очистка, тонкая шлифовка, полировка, травление и т. п. (толщина пластин после обработки должна быть несколько меньше диффузионной длины).

Высокотемпературная диффузия для создания p⁺-n-n⁺ перехода (или p⁺-p-n⁺ перехода).

Сборка (составление) столбика (стопы) пластин со структурами с налыленным алюминием на p-область, а силумином на n-область (либо поочередно пластин и прокладками из алюминия на p-область и прокладками из силумина на n-область).

Сплавление столбика в вакуумной печи под давлением при температурах в диапазоне 650-750^oC при времени нагревания до этой температуры в течение 15-30 мин, выдержке 5-10 мин и охлаждении с градиентом в диапазоне 40-80^oC/ч.

Резка столбика на элементы заданной толщины (от 0,2 мм и более).

Создание металлизированного контакта на боковых сторонах.

Обработка лицевой поверхности, нанесение просветляющего покрытия.

При данном способе изготовления слой силумина устраняет внедрение компенсирующей примеси (в данном случае алюминия) в n⁺-область. Отличие предлагаемых операций от обычного сплавления с алюминием заключается также и в том, что сплавное соединение с предварительной металлизацией силумином (или с дополнительной силуминовой фольгой) оказывается лучшим по качеству (без щелей, пустот и с меньшим числом дефектов) из-за лучшего согласования кристаллических решеток, что в результате приводит к повышению КПД и стойкости ФП. ФП, полученные по описанной технологии, отличаются высоким коэффициентом заполнения (более 0,8) вольтамперной характеристики и могут работать при облучении концентрированным светом при повышенных температурах.