Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
1. Контакт должен обладать довольно низким удельным сопротивлением.
2. Для уменьшения сопротивления полос контактной сетки их, как правило, значительно утолщают, погружая в расплавленный припой. Металлическое контактное покрытие не должно разрушаться при такбй термообработке.
3. Необходимо, чтобы характеристики контакта сохраняли стабильность при осуществлении последующих высокотемпературных техноло-
* Имеется в виду поверхностное слоевое сопротивление площадки 1>«1 см. -Прим. ред.
118
гических операций. В частности, не должны изменяться свойства контакта к тонкому фронтальному слою кремниевых элементов. Это возможно при создании сплавных контактов, чувствительных к излучению ультрафиолетового диапазона.
4. При наличии герметизирующего покрытия контакт должен обладать устойчивостью к воздействию внешней среды в течение продолжительного времени.
5. Необходимо максимально ограничить применение дорогостоящих и редких материалов.
6. В элементах с отражающим тыльным контактом следует принимать во внимание оптический коэффициент отражения контакта.
В кремниевых солнечных элементах наиболее широко используются контактные структуры А1—p-Si и Ag — Pd — Ti — n+-Si, получаемые методом вакуумного испарения. Последние служат примером творческого содружества металлургов и специалистов в области полупроводниковой электроники, возникшего в процессе разработки технологии изготовления контактов. Хотя серебро образует хороший туннельный контакт с n+-Si (Фй = 0,6н-0,7 эВ), его адгезия неудовлетворительна. Введение тонкого промежуточного слоя Ti способствует ее улучшению, сохраняя неизменными электрические свойства. В контактах такого типа, создававшихся ранее, использовали слой Ag толщиной 2—3 мкм, расположенный поверх слоя Ti (1 мкм), нанесенного на тонкую пленку естественного оксида, существующего на поверхности Si*. Однако испытания солнечных элементов в естественных условиях показали, что такие контакты корродируют. При наличии небольшого количества влаги реакция в твердой фазе между Ti и Si заметно усиливается и контакт отделяется1. Помимо этого, при использовании Ti несколько снижается дупустимая температура последующих технологических процессов! [Faith, 1978].
При введении тонкого промежуточного слоя Pd или Мо, предотвращающего химическую реакцию, были получены контакты с хорошими электрическими свойствами и очень высокой стабильностью1. На тыльной поверхности p-типа создают активный контакт посредством вакуумного испарения алюминия, последующая диффузия которого при температуре 600—800°С приводит к образованию как р+-слоя, так и туннельного контакта (для А1—p-Si Фь « 0,6 эВ).
Рассматриваемый контакт Ag —Pd —Ti обладает высокой стабильностью и хорошими электрическими свойствами, однако при создании солнечных элементов наземного назначения большой площади его стоимость оказывается недопустимо высокой. Это связано не только с дороговизной двух типов металлов, входящих в данную структуру, но и с высокой стоимостью самого процесса осаждения, при проведении кото-
* См. [Springgate, 1968]. Впоследствии было установлено, что толщину стоя Ti можно уменьшить по меньшей мере в 100 раз, ие вызывая существенного ухудшения свойств контакта.
1 Структуру Ag - Pd - Ti также использовали в качестве туннельного контакта к тыльному слою p-типа кремниевых солнечных элементов. В этом случае необходимость формирования р+-слоя была вызвана другими причинами.
119
Таблица 2.4. Контакты для солнечных элементов на основе AlGaAs и GaAs, применяемых в системах с концентраторами излучения*
Фронтальный спой
Базовая область
Литературный источник
Металл -p+-GaAs-р-AlGaAs Ag - AuZn -p -AlGaAs AgZn-p-GaAs**
Au - n+-GaAs
AuGeNi -и-GaAs
Au -p+-GaAs
Van der Plas e. a., 1978
Ewan e. a., 1978 Sahai e. a., 1978 Fan e. a., 1978
* Первые три типа элементов разработаны для систем с высоким коэффициентом концентрации солнечного излучения, тогда как последний — элемент с гомогенным и+-р-переходом в GaAs - предназначен для однократной облученности.
** В этом элементе контакт был получен непосредственно на поверхности слоя р-GaAs через окна, вскрытые в слое AlGaAs.
рого отходы металлов превышают 90%. уСледствием этого явилось развитие других методов получения контактов к n+-Si, таких, как химическое осаждение Au, а затем Ni [Bickler е. а., 1978]. При химическом осаждении Ni на поверхность Pd и мягком режиме термообработки образуется структура Ni-Pd2Si-H+-Si [Coleman е. а., 1978]. Другой метод создания контактов состоит в нанесении посредством трафаретной печати паст на основе Ag и Ti (на поверхность H+-Si) или Ag и А1 (на p-Si) [Salles е. а., 1978]. Достоинство методов химического осаждения и трафаретной печати связано с тем, что они позволяют наносить металлический слой лишь на те участки, где он необходим.
Создание контактов к солнечным элементам на основе AlGaAs и GaAs требует решения несколько иных проблем. Поскольку зти элементы обычно предназначены для работы в системах с концентраторами излучения, стоимость контактов не является решающим фактором, однако значения рс фронтальной контактной сетки необходимо снизить до уровня менее 10"4 Ом-см2. При получении низкоомных контактов для генератора Ганна наносили сплавы AglnGe и AglnZn соответственно на и- и р-GaAs и получали/>с < 1(Г4 Ом*см2 [Сох, Strack, 1967]. Однако характеристики контакта к спою проводимости и-типа изменялись в процессе старения [Сох, Hasty, 1968]. Для предотвращения этого эффекта между контактом и массивным полупроводниковым образцом выращивали эпитаксиальный и+-спой. При создании сплавного контакта Ni — AuGe — Ni-п-GaAs, были получены значения рс < 10“5 Ом-см2 [Heime е. а.,
