專利名稱：用于制造太陽能電池的方法和太陽能電池的制作方法
用于制造太陽能電池的方法和太陽能電池
本發(fā)明涉及用于制造太陽能電池的方法和太陽能電池。
已知太陽能電池具有半導(dǎo)體實(shí)體(Halbleiterkoerper)，其中在n摻 雜區(qū)段(n-dotierten Zone)和p摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(p-dotierten Halbleiterzone) 之間形成pn結(jié)。通過吸收光，即通過引入半導(dǎo)體實(shí)體的光子 (Photonen),在半導(dǎo)體實(shí)體中產(chǎn)生載流子對(duì)(電子空穴對(duì))，載流子對(duì)由 形成于pn結(jié)區(qū)域的空間電荷區(qū)段(Raumladungszone)隔開并且載流子 對(duì)用于電流。在半導(dǎo)體實(shí)體中pn結(jié)的空間電荷區(qū)段之外產(chǎn)生的載流
段的區(qū)域并由那里存在的電場隔開，或直到它們通過再結(jié)合 (Rekombination)消失。
在太陽能電池的p摻雜區(qū)段中產(chǎn)生載流子對(duì)時(shí)，再結(jié)合速率取決 于半導(dǎo)體實(shí)體中少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度(Difflisionslaenge),即依賴于 電子的擴(kuò)散長度，而在太陽能電池的n摻雜區(qū)段中產(chǎn)生載流子對(duì)時(shí)， 再結(jié)合速率取決于空穴的擴(kuò)散長度。擴(kuò)散長度由存在于半導(dǎo)體實(shí)體的 晶體中的晶體缺陷(Kristalldefekte)的濃度來決定，這些晶體缺陷可以 作為再結(jié)合中心起作用并且由此減小擴(kuò)散長度。為了降低再結(jié)合速 率，對(duì)半導(dǎo)體實(shí)體的半導(dǎo)體晶體的無缺陷性或者晶體質(zhì)量提出了高的 要求，而這些必然與較高的制造成本相聯(lián)系。
DE 44 16 549 Al介紹了相應(yīng)太陽能電池，其中大量凹部 (Vertiefimg)始于一側(cè)延伸入太陽能電池的半導(dǎo)體實(shí)體中。為了實(shí)現(xiàn)pn 結(jié)，摻雜的區(qū)域存在于這些溝槽(Graeben)側(cè)壁的區(qū)域，這些摻雜的區(qū) 域是互補(bǔ)于半導(dǎo)體實(shí)體的基本摻雜(Grunddotienmg)來摻雜的。單個(gè)凹 部的距離小于或等于擴(kuò)散長度。在該元件中減小了其中能夠產(chǎn)生載流 子對(duì)的半導(dǎo)體實(shí)體單個(gè)區(qū)域到pn結(jié)的距離，這樣再結(jié)合概率整體減小。
由于必需的凹部制造，制造太陽能電池肯定是高成本。此外，半 導(dǎo)體實(shí)體體積的重要部分由于制造凹部而丟失，這樣凹部不再有助于
產(chǎn)生載流子。
US 3， 682， 708介紹了這樣的太陽能電池，其中在半導(dǎo)體實(shí)體的 垂直方向上存在pn結(jié)。該pn結(jié)由一定數(shù)量的相疊設(shè)置的p摻雜半導(dǎo) 體層和n摻雜半導(dǎo)體層構(gòu)成，在這些層中每兩個(gè)相鄰層互補(bǔ)地相互摻 雜。n摻雜層由延伸通過p摻雜層的n摻雜區(qū)段相互連接，而p摻雜 層由延伸通過n摻雜層的p摻雜區(qū)段相互連接。用于制造太陽能電池 的方法必須淀積一定數(shù)量互補(bǔ)地相互摻雜的取向附生層，由此成4^艮 高。
DE 102 43 758 Al描述了在使用質(zhì)子注入(Protonenimplantation) 且下面執(zhí)行熱處理步驟(Ausheilschritte)時(shí)，在n摻雜半導(dǎo)體實(shí)體中制 造埋藏的n摻雜場停止區(qū)段。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供用于制造具有減小的再結(jié)合概率的太陽 能電池的方法和具有減小的再結(jié)合概率的太陽能電池。
該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1和14的方法及通過根據(jù)權(quán)利要求37 的太陽能電池來解決。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)在附屬權(quán)利要求中說明。
根據(jù)本發(fā)明，用于制造太陽能電池的方法中規(guī)定，提供具有兩個(gè) 相對(duì)側(cè)和p型基本摻雜的單晶質(zhì)(einkristallinen)半導(dǎo)體實(shí)體，并執(zhí)行質(zhì) 子注入，其中質(zhì)子通過第一側(cè)以以下方式注入到半導(dǎo)體實(shí)體中，即形 成一定數(shù)量間隔設(shè)置的缺陷區(qū)域(Defektbereiche)，這些缺陷區(qū)域始于 一側(cè)延伸入半導(dǎo)體實(shí)體，并且在這些缺陷區(qū)域中存在半導(dǎo)體實(shí)體的晶 體缺陷和注入的質(zhì)子。質(zhì)子注入之后是熱處理步驟，在熱處理步驟中 半導(dǎo)體實(shí)體至少在缺陷區(qū)域的區(qū)域中被力。熱，并選擇加熱的溫度和持 續(xù)時(shí)間從而由晶體缺陷和質(zhì)子形成氬感生施主(wasserstoffinduzierte Donatoren),以產(chǎn)生一定數(shù)量間隔設(shè)置的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段。此外， 該方法規(guī)定產(chǎn)生n摻雜發(fā)射極(Emitter)， n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段聯(lián)接到n
摻雜發(fā)射極。n摻雜發(fā)射極的產(chǎn)生能夠在制造n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段之前 或之后實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選地，制造該n-發(fā)射極也在之前實(shí)現(xiàn)。
制造缺陷區(qū)域的前提條件是選擇性的質(zhì)子注入，即質(zhì)子注入在半 導(dǎo)體實(shí)體的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。這種選擇能夠通過利用覆蓋不應(yīng)該注入的區(qū)
域的掩膜來實(shí)現(xiàn)。備選地，存在以下可能，即釆用"質(zhì)子記錄方法 (Photonenschreibverfahren)"，其中能夠?qū)①|(zhì)子束有目的的引到應(yīng)該注 入?yún)^(qū)域。
優(yōu)選地，制造缺陷區(qū)域或由缺陷區(qū)域產(chǎn)生的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段以 以下方式實(shí)現(xiàn)，即兩個(gè)這種n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段的相互距離小于半導(dǎo)體 實(shí)體具有基本摻雜的部分中少數(shù)栽流子的擴(kuò)散長度。這種具有基本摻 雜的半導(dǎo)體實(shí)體的部分分別位于兩個(gè)相鄰排列的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段之 間。
如果n摻雜發(fā)射極設(shè)置在半導(dǎo)體實(shí)體第 一側(cè)的區(qū)域，則始于一側(cè) 延伸進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)體的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段在具有p型基本摻雜的半導(dǎo)體
實(shí)體的區(qū)域周圍形成梳形或指形的結(jié)構(gòu)。在由根據(jù)本發(fā)明方法產(chǎn)生的 太陽能電池中，再結(jié)合概率基于半導(dǎo)體實(shí)體中pn結(jié)的梳形或指形相 比于沒有這種梳結(jié)構(gòu)或指結(jié)構(gòu)的太陽能電池減小了 。為了制造在半導(dǎo) 體實(shí)體深處排列的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段的部分，在根據(jù)本發(fā)明方法中可 以放棄產(chǎn)生溝槽，從而在半導(dǎo)體實(shí)體的橫向方向上以非常節(jié)省空間的 方式同樣也是非常易復(fù)制的方式和非常好的可控性方式及放置得極 其緊密的方式來實(shí)現(xiàn)n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段。相比于帶有溝槽的現(xiàn)有太陽 能電池，在通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的太陽能電池中pn結(jié)的面積 就給定的半導(dǎo)體實(shí)體體積而言明顯增大，由此產(chǎn)生了使用根據(jù)本發(fā)明 方法制造的太陽能電池的較高的電流增益。
此前介紹的方法的變型中^見定了 ，至少一個(gè)埋藏(vergrabene)的n 摻雜半導(dǎo)體區(qū)段借助質(zhì)子注入和緊接著的熱處理步驟來制造，這些n 摻雜半導(dǎo)體區(qū)段與半導(dǎo)體實(shí)體第一側(cè)間隔設(shè)置。此外,在該方法中制造 了 n摻雜發(fā)射極和n摻雜連接區(qū)段。n摻雜連接區(qū)段將埋藏的n摻雜
半導(dǎo)體區(qū)段相互連接并將它們聯(lián)接到n摻雜發(fā)射極。在此，尤其存在 以下可能，連接區(qū)段和n-發(fā)射極作為共用半導(dǎo)體區(qū)段來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池包括具有第 一和第二側(cè)的半導(dǎo)體實(shí)體， 半導(dǎo)體實(shí)體具有第一導(dǎo)通型(Leitungstyp)的基本摻雜，還包括第一發(fā)射 極區(qū)段，優(yōu)選地設(shè)置在半導(dǎo)體實(shí)體第一側(cè)的區(qū)域中并用互補(bǔ)于第一導(dǎo) 通型的導(dǎo)通型的摻雜材料來摻雜。此外，這種太陽能電池還包括第二 導(dǎo)通型的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)段，這些半導(dǎo)體區(qū)段在半導(dǎo)體實(shí)體的橫向方向 上間隔設(shè)置并且在半導(dǎo)體實(shí)體的垂直方向上至少部分地延伸且聯(lián)接 到第一發(fā)射極區(qū)段。第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段形成為連續(xù)區(qū)段，分別 在兩個(gè)具有半導(dǎo)體實(shí)體基本摻雜的部分之間以橫向方向設(shè)置。第二導(dǎo) 通型的半導(dǎo)體區(qū)段尤其是具有氫感生施主的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1借助半導(dǎo)體實(shí)體的橫截面描述了在各個(gè)方法步驟期間的根據(jù) 本發(fā)明的用于制造太陽能電池方法。
圖2顯示了通過圖1的變型方法制造的太陽能電池的橫截面。 圖3顯示了通過圖1的另一個(gè)變型的方法制造的太陽能電池。 圖4顯示了通過根據(jù)本發(fā)明方法制造的另 一種太陽能電池。 圖5顯示了根據(jù)圖3的太陽能電池的變型。
圖6借助半導(dǎo)體實(shí)體的橫截面描述了在各個(gè)方法步驟期間的另一
個(gè)根據(jù)本發(fā)明用于制造太陽能電池的方法。
圖7顯示了在圖6D中介紹的太陽能電池的變型。
圖8顯示了借助根據(jù)圖6的方法的變型方法制造的太陽能電池的
橫截面。
圖9顯示了借助根據(jù)圖6的方法的變型方法制造的太陽能電池的 橫截面。
附圖標(biāo)記列表
ir 缺陷區(qū)域
ii 具有氫感生施主的半導(dǎo)體區(qū)域
12具有半導(dǎo)體實(shí)體基本摻雜的區(qū)域
13n-發(fā)射極
14p-發(fā)射極
15p-摻雜區(qū)段
21、 22連接電極(Anschlusselektroden)n
31'缺陷區(qū)域
31具有氫感生施主的半導(dǎo)體區(qū)域
32n連接區(qū)段
33n-連接區(qū)段
41填充材料
100半導(dǎo)體實(shí)體
101半導(dǎo)體實(shí)體的第一側(cè)
102半導(dǎo)體實(shí)體的第二側(cè)
103半導(dǎo)體實(shí)體的溝槽
201掩膜
202掩膜空隙
只要沒有其它說明，在這些圖中，相同標(biāo)記表示具有相同意義的 相同元件區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明用于制造太陽能電池的第一種方法在以下結(jié)合圖1A 到1F來說明。
基于圖1A,該方法包括提供具有p型基本摻雜的單晶質(zhì)半導(dǎo)體 實(shí)體100。半導(dǎo)體實(shí)體100包括下面^皮稱為半導(dǎo)體實(shí)體100的第一和 第二側(cè)101、 102的兩個(gè)相對(duì)側(cè)。例如，在垂直方向上的半導(dǎo)體實(shí)體 100的厚度位于400nm的區(qū)域。
基于圖1B，在使用掩膜201的情況下，質(zhì)子隨后通過笫一側(cè)101 注入到半導(dǎo)體實(shí)體。掩膜201例如是具有空隙202的金屬掩膜，通過 空隙202所述質(zhì)子注入半導(dǎo)體實(shí)體100。該掩膜能夠在注入步驟中與 半導(dǎo)體實(shí)體的第一側(cè)IOI間隔設(shè)置，也能夠在注入步驟中置于半導(dǎo)體 實(shí)體的第一側(cè)101之上或施加(aufgebraucht)在半導(dǎo)體實(shí)體的第一側(cè) 101上(未示出)。
在執(zhí)行質(zhì)子照射之前能夠在前側(cè)101的區(qū)域中制造高度n摻雜的
發(fā)射極13,在圖IB中用虛線表示并且在以下還要進(jìn)行說明。
質(zhì)子注入有以下作用，在半導(dǎo)體實(shí)體100沒有被掩膜201覆蓋的 區(qū)域下面，例如，由于質(zhì)子注入，在半導(dǎo)體實(shí)體100的半導(dǎo)體晶體中 產(chǎn)生晶體缺陷(比如對(duì)空位(Doppelleerstellen))。其中產(chǎn)生這種晶體缺陷 的半導(dǎo)體實(shí)體區(qū)域ll'，以下稱為缺陷區(qū)域。該缺陷區(qū)域ll'在半導(dǎo)體 實(shí)體100的橫向方向上的尺寸是由掩膜201的空隙202的尺寸確定的。
例如，掩膜的空隙202設(shè)置為縫隙狀的，這樣在俯視圖中有多個(gè) 帶狀的、分別相互并行伸展的缺陷區(qū)域形成，如圖1C所示，圖1C顯 示了圖1B所示的斷面A-A中半導(dǎo)體實(shí)體的橫截面。
備選地，還存在以下可能，實(shí)現(xiàn)掩膜空隙的方式使缺陷區(qū)域11' 形成為柱形，如在圖1D的結(jié)果所示。掩膜的空隙和由此產(chǎn)生的隨后 的缺陷區(qū)域的圖形尤其可以具有圓形、正方形或任意多邊形的圖形。
基于圖1E,還存在以下可能，產(chǎn)生缺陷區(qū)域ll'的方式，使缺陷
區(qū)域ir在平行于第一和第二側(cè)ioi、 102延伸的截面中形成為格狀。
圖1E顯示了一個(gè)具有正方形的格間隙的例子。然而，很明顯可使用
格狀設(shè)置的具有任意圖形格間隙的缺陷區(qū)域。
缺陷區(qū)域ir的深度，即缺陷區(qū)域ir在始于第一側(cè)ioi的半導(dǎo)體 實(shí)體ioo垂直方向上的擴(kuò)展，依賴于將質(zhì)子注入半導(dǎo)體實(shí)體時(shí)所用的
注入能量。優(yōu)選地，缺陷區(qū)域ll'的產(chǎn)生方式使其始于第一側(cè)101的深 度相應(yīng)的值至少相應(yīng)于太陽能電池工作時(shí)通過第一側(cè)101照入的光的 穿透深度與少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度的和。優(yōu)選地，缺陷區(qū)域的深度至 少是這個(gè)和的兩#"。
注入半導(dǎo)體實(shí)體的質(zhì)子通常積聚在質(zhì)子注入的所謂的界限邊緣
區(qū)域(End-of-Range-Bereich)，而缺陷延伸通過由所述質(zhì)子照射的全部 區(qū)域。為了在缺陷區(qū)域ll'內(nèi)達(dá)到均勻的質(zhì)子分布和由此產(chǎn)生的均勻的 隨后摻雜，存在以下可能，用不同的注入能量執(zhí)行多個(gè)注入步驟。例 如，注入能量位于0.5 MeV和10 MeV之間的區(qū)域。
質(zhì)子注入之后緊接著是熱處理步驟，在熱處理步驟中，半導(dǎo)體實(shí)
體至少在缺陷區(qū)域lr的區(qū)域^皮加熱，并且選擇加熱的溫度和持續(xù)時(shí)
間，使n摻雜的復(fù)合物，所謂的氬感生施主由通過所述質(zhì)子注入出現(xiàn)
的晶體缺陷和注入的質(zhì)子形成。這樣，缺陷區(qū)域ir(圖iB)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?br>
定數(shù)量的間隔設(shè)置的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11，半導(dǎo)體區(qū)段11始于第一 側(cè)101在垂直方向上延伸入半導(dǎo)體實(shí)體100。圖1F顯示了執(zhí)行這個(gè)熱 處理步驟之后的半導(dǎo)體實(shí)體100。
熱處理步驟期間的溫度在250°C和550°C之間，優(yōu)選的在400°C 和500。C之間。熱處理步驟的持續(xù)時(shí)間在30分鐘和10小時(shí)之間，優(yōu) 選的2小時(shí)和5小時(shí)之間。
優(yōu)選地，熱處理步驟期間溫度的選擇使質(zhì)子在缺陷區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散 能夠在第一側(cè)101方向上實(shí)現(xiàn)，這樣摻雜就不局限于照射的界限邊緣 區(qū)域。這樣能夠在選擇合適的熱處理溫度(比如500。C)和熱處理時(shí)間 (比如若干小時(shí))時(shí)，能夠在半導(dǎo)體實(shí)體100的垂直方向上通過寬區(qū)域， 在質(zhì)子照射的缺陷區(qū)域中形成接近同一的摻雜特性，而不必有用不同 的注入能量的大量注入步驟，即優(yōu)選地， 一個(gè)注入能量就足夠了。熱 處理時(shí)間越長，這樣產(chǎn)生的摻雜就越均一。
在溫度超過450。C時(shí)熱處理的積極效果在于，通過照射出現(xiàn)的再 結(jié)合作用的缺陷(比如對(duì)空位或空位-氧化復(fù)合物)在這些溫度能夠繼 續(xù)熱處理，這樣通過照射首先減少的質(zhì)子照射區(qū)域中的擴(kuò)散長度又會(huì) 增大。
由此，n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11的尺寸繼續(xù)相應(yīng)于可通過掩膜空隙 202的尺寸和注入能量來調(diào)整的缺陷區(qū)域ll'的尺寸。因?yàn)閚摻雜半導(dǎo)
方式精確調(diào)整，并且因?yàn)槭┲髦辉诩却嬖谟烧丈湟鸬娜毕萦执嬖跉?微粒的地方形成，這樣n摻雜區(qū)域ll的邊界平行于照射方向一直繼 續(xù)伸展且在熱處理期間其橫向擴(kuò)展不增大，借助根據(jù)本發(fā)明的方法存 在以下可能，制造具有微小的相互距離的非常狹長的n摻雜半導(dǎo)體區(qū) 段11，從而由此在半導(dǎo)體實(shí)體11體積內(nèi)在n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11和具 有半導(dǎo)體實(shí)體基本摻雜的區(qū)域12之間達(dá)到大面積的pn結(jié)，并且尤其 是最小化通過光產(chǎn)生的太陽能電池中的自由載流子必須覆蓋直到這 些載流子到達(dá)空間電荷區(qū)段的距離。
例如，半導(dǎo)體實(shí)體100的p型基本摻雜在1015 cn^和1016 cm'3 之間的區(qū)域。n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11的摻雜濃度取決于質(zhì)子注入半導(dǎo)體 實(shí)體的注入量。例如，選擇注入量使半導(dǎo)體區(qū)段11的n摻雜位于2 '1015 cn^和2 . 1016 cm-3之間，由此產(chǎn)生了 1015 cn^和1016 cm^之間的半 導(dǎo)體區(qū)段11的n類型凈摻雜。
參照?qǐng)D1G,太陽能電池通過n摻雜發(fā)射極13來完成，n摻雜發(fā) 射極13聯(lián)接到n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11并在該例子中排列在前側(cè)101區(qū) 域中。例如，制造n摻雜發(fā)射極區(qū)段13能夠以已知的方式由n摻雜 材料微粒通過第一側(cè)101的向內(nèi)擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)。n摻雜發(fā)射極13的摻雜 濃度高于n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段ll的摻雜濃度且例如在8 . 1019 11-3的范 圍。n-發(fā)射極11除通過n摻雜材料微粒的向內(nèi)擴(kuò)散之外也能夠通過注 入摻雜材料微粒和隨后用于激活的熱處理步驟和必要時(shí)注入的摻雜 材料的向內(nèi)擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)。為了制造n-發(fā)射極13,高于為制造n半導(dǎo)體 區(qū)段11的熱處理步驟期間應(yīng)用溫度的溫度既能夠在擴(kuò)散方法中也能 夠在注入方法中出現(xiàn)。為了避免較高的溫度對(duì)n半導(dǎo)體區(qū)段11的不 良影響，尤其是n摻雜復(fù)合物的降解，在制造n半導(dǎo)體區(qū)段ll之前 實(shí)現(xiàn)了如已結(jié)合圖1A說明的n-發(fā)射極13的制造。之前借助圖1B說 明的質(zhì)子注入隨后通過已經(jīng)在第一側(cè)101區(qū)域中制造的n-發(fā)射極區(qū)段 13實(shí)現(xiàn)。
n-發(fā)射極13由連接電極21(例如由金屬制成的)接觸。連接電極 21在制造n-發(fā)射極13之后施加到半導(dǎo)體實(shí)體100的笫一側(cè)101。如 果在執(zhí)行質(zhì)子照射之前制造了 n-發(fā)射極13,則既能夠在質(zhì)子照射之前 也能夠在質(zhì)子照射之后實(shí)現(xiàn)連接電極21的制造。在第一種情況下， 實(shí)現(xiàn)質(zhì)子照射(未進(jìn)一步描述)由掩膜201掩蔽并穿過連接電極的金屬 化。
優(yōu)選地，在相對(duì)于第一側(cè)101的第二側(cè)102的區(qū)域中制造了 p摻 雜發(fā)射極14, p摻雜發(fā)射極14可通過另一個(gè)連接電極22接觸。p-發(fā) 射極14主要用于在連接電極22和具有p型基本摻雜的半導(dǎo)體實(shí)體100 的區(qū)域12之間產(chǎn)生歐姆接觸。制造p-發(fā)射極14能夠相應(yīng)于n-發(fā)射極 13通過向內(nèi)擴(kuò)散或通過p摻雜材料微粒經(jīng)半導(dǎo)體實(shí)體100的第二側(cè) 102的注入而實(shí)現(xiàn)。p-發(fā)射極14區(qū)域中的摻雜濃度在幾個(gè)10"cn^和 10"cm-3之間。例如，制造p-發(fā)射極14能夠用未作進(jìn)一步描述的方式 在制造n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11之前實(shí)現(xiàn)，也能夠在制造n區(qū)段之后實(shí) 現(xiàn)。在制造n區(qū)段11之后制造p-發(fā)射極14的前提條件是在制造p-發(fā)射極時(shí)，加熱半導(dǎo)體實(shí)體100的激活溫度或熱處理溫度在大約550。C 之下。其它情況下，即溫度高于550。C時(shí)，通過所述質(zhì)子照射和熱處 理步驟產(chǎn)生的n區(qū)段11的n摻雜復(fù)合物分解(aufgeloest)。
借助根據(jù)本發(fā)明方法制造的具有在第一側(cè)101區(qū)域中設(shè)置的n-發(fā)射極13和始于n-發(fā)射極13在垂直方向上延伸入半導(dǎo)體實(shí)體100的 n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段ll的太陽能電池，在半導(dǎo)體實(shí)體IOO的體積內(nèi)具有 大面積的pn結(jié)且由此在給定的光入射時(shí)具有高的電流強(qiáng)度。優(yōu)選地， 到太陽能電池的光入射通過第一側(cè)101實(shí)現(xiàn)，其中連接電極21和n-發(fā)射極13都尺寸定制為光子能夠成功進(jìn)入半導(dǎo)體實(shí)體100具有基本 摻雜的部分12并能夠在那里產(chǎn)生電子空穴對(duì)。電子空穴對(duì)在半導(dǎo)體 實(shí)體100內(nèi)以任意方向擴(kuò)散。優(yōu)選地，制造n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11的 方式使兩個(gè)這種區(qū)段11的相互距離小于在半導(dǎo)體實(shí)體100具有基本 摻雜的區(qū)域12內(nèi)的少數(shù)載流子(本發(fā)明中的電子)的擴(kuò)散長度。尤其優(yōu) 選的是兩個(gè)這種區(qū)段11的相互距離小于或等于少數(shù)栽流子擴(kuò)散長度 的0.25倍，即使用硅的情況下典型距離位于小于100pm的范圍。電 子空穴對(duì)成功進(jìn)入在pn結(jié)處形成的空間電荷區(qū)段(未示出)的電場的概 率與沒有這種在垂直方向上延伸的半導(dǎo)體區(qū)段11的太陽能電池相比 由此提高了 ，這樣就減少了按照根據(jù)本發(fā)明方法制造的太陽能電池的 再結(jié)合概率。
根據(jù)本發(fā)明的方法允許制造在水平方向上具有小尺寸的n摻雜半 導(dǎo)體區(qū)段11，該方法尤其允許制造在水平方向上尺寸小的在半導(dǎo)體實(shí) 體水平方向上通過的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11。由此對(duì)于給定的半導(dǎo)體實(shí) 體100的體積相比于先前的太陽能電池產(chǎn)生了更大面積的pn結(jié)和更 短的距離，該距離是必須覆蓋太陽能電池中通過光產(chǎn)生的自由載流子 直到它們到達(dá)空間電荷區(qū)段的距離，還有由此產(chǎn)生的太陽能電池的提 高的電流強(qiáng)度和提高的效率。
根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適于制造其中為了提高太陽能電池效率 使用了所謂的"雜質(zhì)光伏效應(yīng)(Impurity-Photovoltaic-Effect)(IPV)"的太 陽能電池。在這種太陽能電池中為了產(chǎn)生栽流子對(duì)使用了另外的能量 水平，其中將合適的雜質(zhì)(Stoerstellen)放入半導(dǎo)體實(shí)體的晶體格。通過 這些雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)了多級(jí)激勵(lì)，多級(jí)激勵(lì)與以下是相同的意義，其能量小 于應(yīng)用的半導(dǎo)體材料(通常是硅)的能帶寬度的質(zhì)子能夠用于產(chǎn)生電荷 載流子對(duì)。在其它情況下這些質(zhì)子則會(huì)無用處地傳輸且對(duì)產(chǎn)生電流不 起作用。以所限定的方式引入的雜質(zhì)肯定也作為引起再結(jié)合概率提高 的再結(jié)合中心起作用。提高的再結(jié)合概率對(duì)n摻雜區(qū)段11的小的距 離起反作用。在n區(qū)段11的距離足夠小時(shí)能夠在應(yīng)用的半導(dǎo)體材料 的帶空隙(Bandluecke)內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)合適的能量級(jí)別，從而由此進(jìn)一步提 高太陽能電池效率。
參照?qǐng)D2，圖2顯示了按照根據(jù)本發(fā)明方法制造的另一種太陽能 電池，還存在以下可能，產(chǎn)生n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11的方式使n摻雜 半導(dǎo)體區(qū)段ll在關(guān)于第一側(cè)101的角a不等于90。的情況下延伸入半 導(dǎo)體實(shí)體100。制造這種斜著伸展的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段11能夠通過以 下實(shí)現(xiàn)，即借助圖1B說明的質(zhì)子注入的實(shí)現(xiàn)方式是所述質(zhì)子不是垂 直而是以角a通過第一側(cè)101注入半導(dǎo)體物質(zhì)。
圖3顯示了通過^f艮據(jù)本發(fā)明的方法制造的太陽能電池的另 一 個(gè)實(shí) 施例。圖3A部分地顯示了對(duì)半導(dǎo)體實(shí)體100的第一 101的俯視圖， 圖3B和3C顯示了在圖3A介紹的截面C-C和D-D中的4黃截面。
在該元件中，始于第一側(cè)101延伸入半導(dǎo)體實(shí)體100的n摻雜半 導(dǎo)體區(qū)段ll形成為相互平行伸展的區(qū)段。例如，制造這種區(qū)段ll是 利用參照?qǐng)D1C說明的方法來實(shí)現(xiàn)的。在該元件中n-發(fā)射極13設(shè)置在 第一側(cè)101的區(qū)域并通過一個(gè)或通過多個(gè)平行伸展的形成為帶狀的強(qiáng) (stark)n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段而形成。n-發(fā)射極在垂直于n半導(dǎo)體區(qū)段11 的水平方向上伸展并由此接觸n半導(dǎo)體區(qū)段ll。在一定條件下通過帶 狀的實(shí)現(xiàn)，半導(dǎo)體實(shí)體100具有p型基本摻雜的部分12到達(dá)半導(dǎo)體 實(shí)體100的前側(cè)。
接觸n-發(fā)射極13的連接電極21的圖形適應(yīng)于n-發(fā)射極13的圖 形，從而使前側(cè)101的其中p區(qū)段12達(dá)到前側(cè)101的區(qū)域不^1連接 電極21覆蓋。這使光入射到未由連接電極21覆蓋區(qū)域變得容易。從 這個(gè)意義上說也意味著，所完成的太陽能電池的半導(dǎo)體實(shí)體100能夠 由出于清晰的原因未示出的鈍化層環(huán)繞。
之前說明的僅部分地接觸n半導(dǎo)體區(qū)段11的n-發(fā)射極的實(shí)現(xiàn)也 可在形成為格狀結(jié)構(gòu)且其制造借助圖lE說明的n半導(dǎo)體區(qū)段中應(yīng)用。 因?yàn)閚半導(dǎo)體區(qū)段11在這種情況下形成了連續(xù)的n區(qū)，所以在這種 情況下只在幾個(gè)位置接觸n區(qū)段的n-發(fā)射極能夠?qū)崿F(xiàn)為"鳥狀的"。圖 4顯示了這種具有島狀的n-發(fā)射極13的太陽能電池的俯視圖。n-發(fā)射 極13卻既能夠在n區(qū)段11的結(jié)構(gòu)為帶狀的情況下也能夠在n區(qū)段11 的結(jié)構(gòu)為格狀的情況下接近表面地排列在其中n區(qū)段11鄰接到半導(dǎo)
體表面的區(qū)域中，即在這種情況下n-發(fā)射極13在橫向方向上具有與n 區(qū)段ll基本相同的設(shè)計(jì)。
n-發(fā)射極13在所有之前說明的實(shí)施例中尤其具有以下任務(wù)，負(fù) 責(zé)在接收太陽能電池中電子的n半導(dǎo)體區(qū)段ll與連接電極21之間的 低的接觸阻抗。在存在有多個(gè)間隔設(shè)置的n半導(dǎo)體區(qū)段的實(shí)現(xiàn)形式中， 發(fā)射極還用作單個(gè)n區(qū)段11之間的"連接區(qū)段"。
圖5顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的太陽能電池的另一個(gè)實(shí) 施例。n半導(dǎo)體區(qū)段11在該元件中帶狀地形成并到達(dá)半導(dǎo)體實(shí)體100
的垂直于第一和第二側(cè)101、 102伸展的邊側(cè)(Randseite)103。在該元 件中n-發(fā)射極13設(shè)置在邊側(cè)區(qū)域，終點(diǎn)在垂直方向上卻高于p-發(fā)射 極14。在該元件中n-發(fā)射極13執(zhí)行的功能也是連接單個(gè)n半導(dǎo)體區(qū) 段和聯(lián)接到連接電極21的連接區(qū)段的功能。連接電極21能夠施加在 邊側(cè)103上，卻也能夠以能夠在第一側(cè)接觸n-發(fā)射極(未示出)的方式 排列。
結(jié)合圖6A到6D下面說明了另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有 一定數(shù)量間隔設(shè)置的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段的太陽能電池的方法。
基于圖6A,在該方法中在利用不同的注入能量的情況下質(zhì)子未 掩蔽地通過第一側(cè)101注入半導(dǎo)體實(shí)體100。在圖3A中用附圖標(biāo)記 31'表示質(zhì)子注入的界限邊緣區(qū)域，即缺陷區(qū)域，其中由于照射出現(xiàn)的 晶體缺陷可以以最高濃度的形式存在，并且其中存儲(chǔ)由于照射注入的 質(zhì)子填充。缺陷區(qū)域31'到半導(dǎo)體實(shí)體的第一側(cè)101的距離和兩個(gè)這種 缺陷區(qū)域31'的相互距離取決于質(zhì)子注入半導(dǎo)體實(shí)體100所用的注入 能量。
質(zhì)子注入之后緊接著是熱處理步驟。通過熱處理步驟，氬感生施 主形成于既存在高度集中的晶體缺陷也存在質(zhì)子的缺陷區(qū)域31'，并且 晶體缺陷在由質(zhì)子照射經(jīng)由的區(qū)域中繼續(xù)熱處理，在該區(qū)域中仍沒有 或僅有較少的質(zhì)子填充。通過熱處理步驟缺陷區(qū)域31'轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫杏诘?一側(cè)101伸展的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31。圖6B顯示了執(zhí)行熱處理步驟 之后的半導(dǎo)體實(shí)體IOO。在該方法中n摻雜區(qū)段31不允許在垂直方向 上擴(kuò)展得太遠(yuǎn)而使它們共生，因?yàn)椴蝗籶摻雜中間區(qū)段12會(huì)消失。n 摻雜區(qū)段31在半導(dǎo)體實(shí)體100垂直方向上的擴(kuò)展能夠通過熱處理步 驟的時(shí)間和溫度調(diào)整。優(yōu)選地，熱處理步驟的溫度和/或時(shí)間是以以下 方式選擇的，即它們明顯小于和/或明顯短于借助圖l說明的方法中的 熱處理步驟的溫度和/或時(shí)間，其中應(yīng)該達(dá)到盡可能均一摻雜的垂直的 n區(qū)段ll(在僅使用具有一個(gè)注入能量的注入步驟時(shí)的理想方式)。
對(duì)于半導(dǎo)體實(shí)體100的基本摻雜和通過所述質(zhì)子注入和緊接著的
熱處理步驟產(chǎn)生的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31的摻雜，相應(yīng)地對(duì)于該方法 根據(jù)圖l作出的說明是有效的。
參照?qǐng)D6C,除制造分別與第一側(cè)101間隔設(shè)置并且基本平行于 第一側(cè)101伸展的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31之外，制造太陽能電池還包 括制造至少一個(gè)將單個(gè)埋藏的n半導(dǎo)體區(qū)段31相互連接的n摻雜連 接區(qū)段32。連接區(qū)段32能夠在制造n區(qū)段31之前實(shí)現(xiàn)或(如以下說 明)也在制造n區(qū)段31之后實(shí)現(xiàn)。在制造n區(qū)段31之后制造連接區(qū)段 31的可能決定性地取決于為制造連接區(qū)段31所必須的溫度。如果溫 度高于550°C，在該溫度n區(qū)段31的n摻雜復(fù)合物會(huì)分解，制造連接 區(qū)段31必須在制造n區(qū)段31之前。
例如，參照?qǐng)D6C，制造連接區(qū)段32通過制造始于第一側(cè)101在 垂直方向上延伸入半導(dǎo)體實(shí)體100的溝槽來實(shí)現(xiàn)。制造溝槽103之后 緊接著是在溝槽的側(cè)壁區(qū)域制造n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段32。制造n摻雜區(qū) 段32能夠通過n摻雜材料微粒向內(nèi)擴(kuò)散或通過注入n摻雜材料微粒 并在以下的熱處理步驟實(shí)現(xiàn)。制造溝槽103用以下方式實(shí)現(xiàn)，即溝槽 103在垂直方向上達(dá)到最下面的，即排列得與第一側(cè)IOI相隔最遠(yuǎn)的， 埋藏的n半導(dǎo)體區(qū)段31。溝槽102能夠在摻雜方法結(jié)束后用填充材料 填充，填充材料是可以是電絕緣或電導(dǎo)通的。因?yàn)樵谠撟冃椭袘?yīng)用了 明顯高于550°C的熱處理和/或擴(kuò)散溫度，所以用于制造連接區(qū)段的方 法在制造n半導(dǎo)體區(qū)段31之前執(zhí)行。
太陽能電池通過在第一側(cè)101區(qū)域設(shè)置的n摻雜發(fā)射極區(qū)段 13(虛線表示)以及可選地通過在第二側(cè)102區(qū)域設(shè)置的p摻雜發(fā)射極 區(qū)段14來完成。之前根據(jù)圖1G對(duì)太陽能電池所作出的說明也相應(yīng)地 適用于n-發(fā)射極區(qū)段13和p-發(fā)射極區(qū)段14的摻雜濃度。埋藏的n摻 雜半導(dǎo)體區(qū)段31通過另一 n半導(dǎo)體區(qū)段32聯(lián)接到優(yōu)選地在制造n區(qū) 段31之前制造的n-發(fā)射極13。
在前側(cè)101的區(qū)域制造n-發(fā)射極13是有利的，因?yàn)樵诘谝粋?cè)下 方產(chǎn)生的少量載流子對(duì)直接由在n-發(fā)射極13和半導(dǎo)體實(shí)體100具有
基本摻雜的部分12之間的pn結(jié)形成的空間電荷區(qū)段隔開。n-發(fā)射極 在該實(shí)施形式中由施加到前側(cè)101的連接電極21接觸。如參照?qǐng)D3A 的說明，n-發(fā)射極13尤其能夠形成為帶狀的。
參照?qǐng)D7，如果為了制造連接區(qū)段32而制造的溝槽在制造連接區(qū) 段32之后用導(dǎo)電的的材料41(例如高度摻雜多晶硅)填充，且如果高度 摻雜地制造連接區(qū)段32而使連接區(qū)段41和導(dǎo)電的填充材料之間存在 低接觸阻抗時(shí)，能夠放棄這種設(shè)置在半導(dǎo)體實(shí)體100的前側(cè)101區(qū)域 中的n-發(fā)射極的制造。在這種情況下，連接區(qū)段32同時(shí)形成太陽能 電池的n-發(fā)射極，太陽能電池的n-發(fā)射極通過導(dǎo)電的填充材料聯(lián)接到 接觸填充材料的第 一連接電極。
如果在結(jié)合圖6和7說明的元件中為了制造n區(qū)段31而在通過 第一側(cè)101的整個(gè)表面上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子注入，則在執(zhí)行熱處理步驟之后 存在連續(xù)的n摻雜區(qū)段31。隨后，兩個(gè)在垂直方向上相鄰設(shè)置的n區(qū) 段31圍住沒有進(jìn)一步措施就沒有到p-發(fā)射極14的p連接的p摻雜中 間區(qū)段。
為了將p中間區(qū)段12相互連接并聯(lián)接到p-發(fā)射極，能夠相應(yīng)于 n連接區(qū)段32的制造而制造p連接區(qū)段51, p連接區(qū)段51在圖6D 和7中用虛線標(biāo)明且始于第二側(cè)102在垂直方向上延伸入半導(dǎo)體實(shí)體 100的。例如，制造該p連接區(qū)段51通過制造始于第二側(cè)102在垂直 方向上延伸入半導(dǎo)體實(shí)體100的溝槽來實(shí)現(xiàn)。在制造溝槽之后緊接著 是在溝槽側(cè)壁的區(qū)域制造p摻雜連接區(qū)段51。制造該p連接區(qū)段51 能夠通過p摻雜材料微粒向內(nèi)擴(kuò)散或通過注入p摻雜材料微粒且按照 隨后的熱處理步驟。用以下方式實(shí)現(xiàn)溝槽的制造，即溝槽在垂直方向 上達(dá)到最上面的，即排列得與第二側(cè)102相隔最遠(yuǎn)的p區(qū)段12。這個(gè) 溝槽能夠在摻雜方法結(jié)束后用填充材料填充。如果為制造p連接區(qū)段 51必需高于550。C的溫度，則制造p連接區(qū)段51也應(yīng)該在制造n半 導(dǎo)體區(qū)段31之前實(shí)現(xiàn)。
如果為了制造缺陷區(qū)域(圖3A中31')而用以下方式實(shí)現(xiàn)質(zhì)子注入
掩蔽，使得半導(dǎo)體實(shí)體100的單個(gè)部分通過照射而留出空隙，則可以 放棄此前說明的相較而言高成本的制造p連接區(qū)段51。參照?qǐng)D8A， 由此在結(jié)果中形成垂直方向上具有連續(xù)的p摻雜部分15的太陽能電 池，p摻雜部分15中不存在埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段。具有半導(dǎo)體實(shí) 體100的p型基本摻雜且始于p-發(fā)射極14在半導(dǎo)體實(shí)體的垂直方向 上伸展的p摻雜區(qū)段15，作為p連接區(qū)賴^作用且實(shí)現(xiàn)由光子感生的 栽流子產(chǎn)生引起的電流，電流通過從半導(dǎo)體實(shí)體100的體積到p-發(fā)射 極14。
參照顯示了在圖8A所示的斷面B-B中的n區(qū)段31的;f黃截面圖 的8B，例如在質(zhì)子照射時(shí)用以下方式實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體實(shí)體100的掩膜，使 得形成多個(gè)在橫向方向上間隔設(shè)置的n區(qū)段31,其中在橫向方向上位 于這些n區(qū)段之間的p摻雜中間區(qū)域是p連接區(qū)段15的一部分。單 個(gè)n區(qū)段能夠在^f黃向方向上具有任意圖形并且尤其能夠形成為帶狀。 單個(gè)n區(qū)段分別聯(lián)接到n連接區(qū)段32。為了制造圖8B所示的結(jié)構(gòu)， 半導(dǎo)體實(shí)體在質(zhì)子注入期間用格狀掩膜掩蔽。
替代制造多個(gè)在橫向方向上相隔一段距離的n區(qū)段31 ，還存在以 下可能(未作進(jìn)一步說明)，即制造在4黃向方向上仍具有p摻雜"空隙" 的連續(xù)n區(qū)段31, p摻雜"空隙"是p連接區(qū)段的一部分。如果半導(dǎo)體 實(shí)體100在質(zhì)子照射時(shí)在孤立位置上被覆蓋，則能夠?qū)崿F(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。
在之前結(jié)合圖6A到6F說明的方法中，優(yōu)選地以以下方式實(shí)現(xiàn)埋 藏的n半導(dǎo)體區(qū)段31的制造，使得兩個(gè)在垂直方向相鄰設(shè)置的半導(dǎo) 體區(qū)段31的相互距離小于半導(dǎo)體實(shí)體的具有基本摻雜的部分12中少 數(shù)栽流子的擴(kuò)散長度和優(yōu)選的小于該擴(kuò)散長度的0.25倍。如果在平行 于第一和第二側(cè)101、 102伸展的平面上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)這種n區(qū)段31， 上述情況同樣也適用于兩個(gè)n區(qū)段的橫向距離。
借助根據(jù)本發(fā)明的方法能夠在半導(dǎo)體實(shí)體100內(nèi)比較精確地給定 的位置上產(chǎn)生在垂直方向上狹長的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31，這樣在給定 的半導(dǎo)體實(shí)體100的體積內(nèi)一般能夠達(dá)到具有大面積的pn結(jié)。由此
產(chǎn)生了較小的距離，該距離必須由太陽能電池中通過光產(chǎn)生的自由載 流子覆蓋直到它們到達(dá)空間電荷區(qū)段，且由此實(shí)現(xiàn)太陽能電池的提高 的電流強(qiáng)度。
制造將埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31聯(lián)接到n-發(fā)射極13的連接區(qū) 段33能夠相應(yīng)于圖lG所示的n半導(dǎo)體區(qū)段ll的制造以以下方式實(shí) 現(xiàn)，使得質(zhì)子掩蔽地通過第一側(cè)101注入半導(dǎo)體實(shí)體并且質(zhì)子注入之 后緊接著是用于產(chǎn)生氫感生施主的熱處理步驟。具有用這種方式制造 的連接區(qū)段33的太陽能電池在圖9中以橫截面形式表示。
能夠在制造橫向方向上伸展的n區(qū)段31之前或之后實(shí)現(xiàn)制造連 接區(qū)段33。
為了在制造n區(qū)段之后制造連接區(qū)段，具有不同的注入能量的多 個(gè)注入步驟是必需的。注入能量的選擇使質(zhì)子成功進(jìn)入每兩個(gè)在垂直 方向上間隔設(shè)置的n區(qū)段31之間的p區(qū)域12,從而在執(zhí)行熱處理步 驟之后在p區(qū)域12中引起n摻雜。在制造n區(qū)段31時(shí)形成了 n連接 區(qū)段33的一部分。顯而易見，用于制造n區(qū)段31和連接區(qū)段33的 注入步驟也能夠交替執(zhí)行。
如果在制造n區(qū)段31之前執(zhí)行的熱處理步驟的溫度和/或時(shí)間的 選擇能夠使注入的質(zhì)子在照射側(cè)101的方向上很大范圍地?cái)U(kuò)散，從而 通過整個(gè)具有照射損傷的區(qū)域來形成n摻雜區(qū)域。在制造n區(qū)段31 之前，對(duì)于n連接區(qū)段33的制造一個(gè)注入步驟;lLA夠的。制造連接 區(qū)段33在制造n區(qū)段31之后不能夠僅通過注入步驟實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸匦?的熱處理溫度和/或必需的熱處理時(shí)間在垂直方向上導(dǎo)致了 n區(qū)段31 的"共生"。
在圖9所示的元件中，n區(qū)段是在使用掩蔽的質(zhì)子照射的情況下 制造的，從而存在具有半導(dǎo)體實(shí)體100的p型基本摻雜的p連接區(qū)段 15。 p連接區(qū)段15將p中間區(qū)段12聯(lián)接到p-發(fā)射極。在該太陽能電 池中，埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31在 f黃向方向上始于n連接區(qū)段33 延伸入半導(dǎo)體實(shí)體，而在垂直方向上存在連續(xù)的p摻雜部分15，在p
摻雜部分15中不存在埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段31。
很明顯，在根據(jù)圖9的元件中p連接區(qū)段也可以相應(yīng)于圖6A-6D 的p連接區(qū)段32來實(shí)現(xiàn)。
之前說明的用于在p摻雜半導(dǎo)體襯底中制造達(dá)到深處的或埋藏的 n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段的方法不限于制造太陽能電池，而是例如也可以用 于制造輻射檢測器。用于探測高能量的輻射(例如宇宙線或Y輻射)的 輻射檢測器，在構(gòu)建上等同太陽能電池并具有pn結(jié)，不同于太陽能 電池，pn結(jié)在運(yùn)行期間通過在反方向施力Q電壓來偏壓。這個(gè)反向電壓 導(dǎo)致空間電荷區(qū)段向pn結(jié)兩側(cè)的擴(kuò)展。如果在工作期間輻射微粒成 功進(jìn)入空間電荷區(qū)段的區(qū)域，則產(chǎn)生引起作為輻射微粒的指示的反向 電流的栽流子對(duì)。
在輻射檢測器中，為了提高指示敏感度以下是所希望的，即空間 電荷區(qū)段在給定反向電壓時(shí)盡可能寬且深的延伸入半導(dǎo)體實(shí)體。在具 有位于p襯底和高度摻雜n區(qū)段之間靠近表面的pn結(jié)的現(xiàn)有輻射檢 測器中，這是通過盡可能小的襯底的基本摻雜來實(shí)現(xiàn)的。低的基本摻 雜必然會(huì)加大在通過輻射損傷條件下的長期降解的風(fēng)險(xiǎn)。
在借助根據(jù)本發(fā)明方法制造的具有深的pn結(jié)的輻射檢測器中， 已經(jīng)通過pn結(jié)的圖形(Geometrie)確保了施加反向電壓時(shí)擴(kuò)展的空間 電荷區(qū)段較深地延伸入半導(dǎo)體實(shí)體。因此p襯底能夠比現(xiàn)有探測器中 更高度地?fù)诫s，從而由此并尤其基于深的垂直的pn結(jié)來避免照射損 傷條件下的長期降解的問題或者至少明顯減輕這個(gè)問題。
總而言之，所有之前對(duì)太陽能電池說明的制造方法也適于制造輻 射檢測器，并且所有之前適于太陽能電池的元件結(jié)構(gòu)也適于輻射檢測 器。
權(quán)利要求
1.一種用于制造太陽能電池的方法，所述方法具有以下方法步驟:-提供單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體(100)，所述單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體(100)具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)(101、102)和p型基本摻雜，-將質(zhì)子通過所述側(cè)的第一側(cè)(101)用以下方式注入半導(dǎo)體實(shí)體(100)中，使得形成一定數(shù)量相互間隔設(shè)置的缺陷區(qū)域(11＇)，所述缺陷區(qū)域(11＇)始于所述一側(cè)(101)延伸入半導(dǎo)體實(shí)體(100)，-執(zhí)行熱處理步驟，在所述熱處理步驟中至少在所述缺陷區(qū)域(11＇)的區(qū)域中加熱所述半導(dǎo)體實(shí)體，并且其溫度和持續(xù)時(shí)間用以下方式選擇，使得形成一定數(shù)量的相互間隔設(shè)置的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(31)，-制造n摻雜發(fā)射極(13)，所述n摻雜發(fā)射極(13)聯(lián)接到所述n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(31)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述n摻雜發(fā)射極(21)在所 述第一側(cè)(101)的區(qū)域中制造。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述n摻雜發(fā)射極(21)用以 下方式制造，使得存在具有p型基本摻雜的所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的部 分(12)直接聯(lián)接到所述第 一側(cè)(101)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體實(shí)體具有垂直于 所述第一和第二側(cè)(IOI、 102)伸展的邊側(cè)(103),且其中在此所述邊側(cè) (103)的區(qū)域中制造所述n摻雜發(fā)射極。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中制造了柱形的n 摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(ll)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中制造了多個(gè)在 所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的橫向方向上相互平行伸展的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段 (11)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中制造了 n摻雜 半導(dǎo)體區(qū)段(ll),所述n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(ll)在平行于所述第一和第二 側(cè)(IOI、 102)伸展的平面上形成為格狀。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中注入所述質(zhì)子包 括用多個(gè)注入能量的多個(gè)注入步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中注入所述質(zhì)子 包括用一個(gè)注入能量的注入步驟。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述質(zhì)子在所 述注入步驟期間以關(guān)于所述第一側(cè)(101)90。的角注入所述半導(dǎo)體實(shí)體 (100)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 - 9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述質(zhì)子在所 述注入步驟期間以關(guān)于所述第一側(cè)(101)小于90。且大于45。的角注入 所述半導(dǎo)體實(shí)體(IOO)。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述質(zhì)子用以下方式注入，^吏得所述缺陷區(qū)域(ir)始于所述第一側(cè)(ioi)的深度相應(yīng) 于一個(gè)值，所述值至少相應(yīng)于在所述太陽能電池工作時(shí)通過所迷第一側(cè)(101)的入射光的穿透深度和少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度的和。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述缺陷區(qū)域(ir)的深度至少相應(yīng)于所述太陽能電池工作時(shí)通過所述第一側(cè)(101)的入射光的穿透深度與所迷少數(shù)栽流子的擴(kuò)散長度的和的兩倍。
14. 一種用于制造太陽能電池的方法，所述方法具有以下方法步驟-提供單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體(IOO)，所述單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體(100)具有 兩個(gè)相對(duì)側(cè)(IOI、 102)和p型基本摻雜，-執(zhí)行質(zhì)子注入，其中質(zhì)子通過所述側(cè)中的第一側(cè)(101)以以下方 式注入半導(dǎo)體實(shí)體(IOO)，即與所述一側(cè)(101)相隔一段距離至少形成一 個(gè)缺陷區(qū)域(31')，-執(zhí)行熱處理步驟，其中加熱至少在所述至少一個(gè)缺陷區(qū)域(31') 的區(qū)域中的所述半導(dǎo)體實(shí)體并且所述加熱溫度和時(shí)間以以下方式選擇，即形成氫感生施主，從而由此產(chǎn)生至少一個(gè)埋藏的n摻雜半導(dǎo)體 區(qū)段(31),-制造n摻雜發(fā)射極(13)，-制造n摻雜連接區(qū)段(32; 33)，所述n摻雜連接區(qū)段(32; 33) 在所述半導(dǎo)體實(shí)體中從所述至少一個(gè)埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(41)延 伸直到所述n摻雜發(fā)射極(13)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述n摻雜發(fā)射極(13)在 所述第一側(cè)(101)的區(qū)域中制造。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述n摻雜發(fā)射極通過所 述連接區(qū)段(32)構(gòu)成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14-16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述質(zhì)子 照射用以下方式掩蔽而實(shí)現(xiàn)，使得形成至少兩個(gè)在^f黃向方向上相互間 隔設(shè)置的缺陷區(qū)域(31')或一個(gè)在橫向方向上部分中斷的缺陷區(qū)域 (31')。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述質(zhì)子照射用以下方式 掩蔽而實(shí)現(xiàn)，使得形成至少兩個(gè)在平行于所述側(cè)(101、 102)伸展的平 面中形成為帶狀的缺陷區(qū)域(31')。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)所迷的方法，其中制造所述連 接區(qū)段(32)包括以下方法步驟-制造溝槽(103)，所述溝槽(103)始于所述第一側(cè)(101)延伸直到 所述埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段，-在溝槽(103)的側(cè)壁區(qū)域中制造n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(32)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在制造所述埋藏的n摻雜 半導(dǎo)體區(qū)段(3 l)之前制造所述連接區(qū)段(32)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中制造所述連 接區(qū)段(33)包括以下方法步驟-執(zhí)行質(zhì)子注入，在所述質(zhì)子注入中質(zhì)子在使用掩膜的情況下通 過所述第一側(cè)(101)用以下方式注入所述半導(dǎo)體實(shí)體(IOO),使得形成缺 陷區(qū)域，所述缺陷區(qū)域始于所述側(cè)(101)延伸入所述半導(dǎo)體實(shí)體(100) 中，且在所述缺陷區(qū)域中存在所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的晶體缺陷和注入的質(zhì)子，-執(zhí)行熱處理步驟，其中所述半導(dǎo)體實(shí)體至少在所述缺陷區(qū)域的 區(qū)域中被加熱，且其溫度和持續(xù)時(shí)間用以下方式來選擇，使得由所述缺陷和所述質(zhì)子形成氬感生施主，從而由此產(chǎn)生所述連接區(qū)段(33)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述連接區(qū)段在制造所述 埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(31)之前制造。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其中用于制造所述連接 區(qū)段(33)的所述質(zhì)子注入僅包含利用一個(gè)注入能量的注入步驟。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中用于制造所述連接區(qū)段 (33)的所述質(zhì)子注入包含利用多個(gè)注入能量的多個(gè)注入步驟。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中執(zhí)行了用于制造所述至少 一個(gè)埋藏的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(41)和所述連接區(qū)段(33)的共同熱處理 步驟。
26. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述熱處理步 驟期間的溫度在250。C和550。C之間。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述熱處理步驟期間的溫 度在400。C和500。C之間。
28. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述熱處理步 驟的持續(xù)時(shí)間在30分鐘和10小時(shí)之間。
29. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中兩個(gè)相鄰設(shè)置 的缺陷區(qū)域(ll'， 31')的距離小于或等于具有所述基本摻雜的所述半導(dǎo) 體實(shí)體(100)的部分(12)中電子的擴(kuò)散長度。
30. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中兩個(gè)相鄰設(shè)置 的缺陷區(qū)域(ll', 31')的距離小于或等于具有所述基本摻雜的所述半導(dǎo) 體實(shí)體(100)的部分(12)中電子的擴(kuò)散長度的0.25倍。
31. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述側(cè)的第 二側(cè)(102)的區(qū)域中制造p-發(fā)射極(14)，所述p-發(fā)射極(14)的摻雜濃度 高于所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的所述基本摻雜的摻雜濃度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，此外還包括制造p摻雜連接區(qū) 段(51),所述p摻雜連接區(qū)段(51)始于所述第二側(cè)(102)延伸入所述半導(dǎo)體實(shí)體(ioo)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中制造所述p摻雜連接區(qū)段 (51)包括以下方法步驟-制造溝槽，所述溝槽始于所述第二側(cè)(102)延伸入所述半導(dǎo)體實(shí) 體中，-在所述溝槽側(cè)壁的區(qū)域中制造p摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(51)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述溝槽在制造所述連接 區(qū)段之后用電絕緣材料填充。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述溝槽在制造所述連接 區(qū)段之后用導(dǎo)電的材料填充。
36. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中雜質(zhì)被引入所 述半導(dǎo)體實(shí)體，所述雜質(zhì)引起能量級(jí)別，其位于用于所述半導(dǎo)體實(shí)體 的半導(dǎo)體材料的帶空隙中，且通過多級(jí)激勵(lì)提高了太陽能電池的效 率。
37. —種太陽能電池，具有以下特征-具有第一和第二側(cè)(IOI、 102)的半導(dǎo)體實(shí)體，所述半導(dǎo)體實(shí)體具有第 一導(dǎo)通型的基本摻雜，國第一發(fā)射極區(qū)段(13)，所述第一發(fā)射極區(qū)段(13)用與第一導(dǎo)通型 互補(bǔ)的導(dǎo)通型的摻雜材料摻雜，-多個(gè)第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段(ll),所述多個(gè)第二導(dǎo)通型的半.置并且 .多個(gè)第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段(11)聯(lián)接到所述第一發(fā)射極區(qū)段(13)，其中所述半導(dǎo) 體區(qū)段(ll)形成為連續(xù)區(qū)段的，所述半導(dǎo)體區(qū)段(ll)在橫向方向上分別 排列于兩個(gè)具有所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的基本摻雜的所述部分之間并且其中所述第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段(l l)聯(lián)接到所述第 一發(fā)射極區(qū)段(13)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的太陽能電池，其中所述第二導(dǎo)通型的 所述半導(dǎo)體區(qū)段(31)具有氫感生施主。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的太陽能電池，其中兩個(gè)相鄰排 列的所述第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段(ll)的距離小于或等于在所述半導(dǎo) 體實(shí)體(100)具有所述基本摻雜的的部分(12)中電子的擴(kuò)散長度。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的太陽能電池，其中兩個(gè)相鄰排列的所 述第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段(ll)的距離小于或等于在所述半導(dǎo)體實(shí)體 (100)的具有所述基本摻雜的部分(12)中電子擴(kuò)散長度的0.25倍。
41. 根據(jù)權(quán)利要求37-40所述的太陽能電池，所述太陽能電池在 第二側(cè)的區(qū)域中具有所述第一導(dǎo)通型的第二發(fā)射極區(qū)段，所述第二發(fā) 射極區(qū)段的摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)基本摻雜的摻雜濃度。
42. 根據(jù)權(quán)利要求37-41所述的太陽能電池，其中在所述半導(dǎo)體 實(shí)體中存在雜質(zhì)，所述雜質(zhì)引起能量級(jí)別，所述雜質(zhì)位于所述應(yīng)用的 半導(dǎo)體材料的帶空隙中及所述雜質(zhì)通過由此可能的多級(jí)激勵(lì)提高所 述太陽能電池效率。
43. —種用于制造輻射檢測器的方法，所述方法具有以下方法步驟_提供單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體(ioo)，所述單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體(100)具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)(IOI、 102)和p型基本摻雜，-將質(zhì)子通過所述笫一側(cè)(101)以以下方式注入所述半導(dǎo)體實(shí)體(ioo)，即形成一定數(shù)量的相互間隔設(shè)置的缺陷區(qū)域(ir),所述缺陷區(qū) 域(ir)始于所述一側(cè)(ioi)延伸入所述半導(dǎo)體實(shí)體(ioo),-執(zhí)行熱處理步驟，其中加熱至少在所述缺陷區(qū)域(ir)的區(qū)域中 的所述半導(dǎo)體實(shí)體且所述加熱的溫度和時(shí)間以以下方式選擇，即形成一定數(shù)量的相互間隔設(shè)置的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段(31)， -制造n摻雜發(fā)射極(13),所述n摻雜發(fā)射極(13)聯(lián)接到所述n摻 雜半導(dǎo)體區(qū)段(31)。
44. 一種輻射檢測器，所述輻射^r測器具有-具有第一和第二側(cè)(101、 102)的半導(dǎo)體實(shí)體，所述半導(dǎo)體實(shí)體 具有第 一導(dǎo)通型的基本摻雜，-第一發(fā)射極區(qū)段(13; 32),使用與第一導(dǎo)通型互補(bǔ)的導(dǎo)通型的 摻雜材料來摻雜所述第一發(fā)射極區(qū)段(13; 32),-多個(gè)所述第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段(ll; 31)，多個(gè)所述第二導(dǎo) 通型的半導(dǎo)體區(qū)段(ll; 31)在所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)中相互間隔設(shè)置并 且聯(lián)接到第 一發(fā)射極區(qū)段(l 3)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的輻射檢測器，其中所述第二導(dǎo)通型的 半導(dǎo)體區(qū)段(11)在所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的橫向方向上相互間隔設(shè)置且 分別排列在兩個(gè)具有所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的基本摻雜的區(qū)段之間。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的輻射檢測器，其中所述第二導(dǎo)通型的 半導(dǎo)體區(qū)段(11)在所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的垂直方向上間隔設(shè)置。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的輻射檢測器，其中所述發(fā)射集區(qū)段 (32)在所述半導(dǎo)體實(shí)體(100)的垂直方向上延伸。
48. 根據(jù)權(quán)利要求44-47中任一項(xiàng)所述的輻射檢測器，其中所述 第二導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)段是包含氫感生施主的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造太陽能電池的方法，該方法具有以下方法步驟提供具有兩個(gè)相對(duì)側(cè)和p型基本摻雜的單晶質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)體；將質(zhì)子通過第一側(cè)以以下方式注入半導(dǎo)體實(shí)體，即形成一定數(shù)量的相互間隔設(shè)置的缺陷區(qū)域，這些缺陷區(qū)域始于一側(cè)延伸入半導(dǎo)體實(shí)；執(zhí)行熱處理步驟，在熱處理步驟中至少在缺陷區(qū)域的區(qū)域中加熱半導(dǎo)體實(shí)體且其溫度和持續(xù)時(shí)間選擇為形成一定數(shù)量的相互間隔設(shè)置的n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段；制造聯(lián)接到n摻雜半導(dǎo)體區(qū)段的n摻雜發(fā)射極。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101375414SQ200680052985
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2006年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者H·-J·舒爾澤 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利股份公司