Омический контакт к кремниевому солнечному элементу

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в фотоэнергетике . Целью изобретения является Изобретение относится к электронной технике. Цель изобретения - увеличение адгезионной прочности контакта и уменьшение переходного сопротивления. На чертеже показан предлагаемый омический контакт. Контакт содержит слой 1 оловосодержащего припоя, контактный слой 2 алюминийникелевого сплава толщиной 150-2000 нм с содержанием AI 2-10 мас.%, дополнительный слой 3 алюминийникелевого сплава толщиной 60-1000 нм с содержанием AI20- 35 мас.%, переходный слой 4 толщиной 5- 100 нм, состоящий из смеси силицида никеля и твердого раствора кремния в алюминии , а также кремниевый солнечный элемент 5. Установлено, что при содержании алюминия в дополнительном слое 3 алюминийувеличение адгезионной прочности контакта и уменьшение переходного сопротивления . Омический контакт состоит из слоя оловосодержащего припоя, контактного слоя элюминийникелевого сплава с содержанием AI 2-10 мас.% толщиной 150-200 нм, дополнительного слоя алюминийникелевого сплава с содержанием AI 20-35 мас.% толщиной 60-1000 нм и переходного слоя толщиной 5-100 нм, состоящего из смеси силицида никеля и твердого раствора кремния в алюминии. Дополнительный слой обеспечивает хорошую адгезионную прочность сцепления как с контактным слоем, так и с кремниевым солнечным элементом. Введение переходного слоя обеспечивает уменьшение переходного сопротивления. 1 ил. никелевого сплава от 20 до 35 мас.% увеличивается адгезия этого слоя к кремнию в 1,5-2,0 раза. Это объясняется снижением в слое внутренних напряжений. Однако дополнительный слой 3 алюминийникелевого сплава с содержанием алюминия 20-35 мас.% имеет слабое сцепление со слоем 1 оловосодержащего припоя. Для устранения этого недостатка введен контактный слой 2 алюминийникелевого сплава с содержанием алюминия 2-10 мас.%, который имеет высокую адгезию к дополнительному слою 3 и к слою 1 оловосодержащего припоя. При содержании алюминия в контактном слое 2 алюминийникелевого сплава меньше 2 мас.% наблюдается большая скорость его растворения в припое. При содержании алюминия в сплаве больше 10 мас.% снижается прочность соединения со слоем припоя. Оптимальная толщина слоя алюмич . Ё О CJ ел 00 4 СА)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s H 01 L 31/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Ф °

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ L

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4669489/25 (22) 30.03.89 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Научно-производственное обьединение

"Ротор" (72) Ю.М.Прохоцкий, Б.А.Александров, К.В,Зиновьев, А,Б.Александров и С.А.Зубков (56) Pereyra J. Antrade А.М. Solar sells, 1984, N 12, р. 285 — 294.

Авторское свидетельство СССР

N. 1574111. кл, Н 01 1 31/04, 1987.. (54) ОМИЧЕСКИЙ КОНТАКТ К КРЕМНИЕВОМУ СОЛНЕЧНОМУ ЭЛЕМЕНТУ (57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в фотоэнергетике. Целью изобретения является

Изобретение относится к электронной технике.

Цель изобретения — увеличение адгезионной прочности контакта и уменьшение переходного сопротивления.

На чертеже показан предлагаемый омический контакт.

Контакт содержит слой 1 оловосодержащего припоя, контактный слой 2 алюминийникелевого. сплава толщиной 150-2000 нм с содержанием At 2-10 мас., дополнительный слой 3 алюминийникелевого сплава толщиной 60-1000 нм с содержанием At 20—

35 мас., переходный слой 4 толщиной 5100 нм, состоящий из смеси силицида никеля и твердого раствора кремния в алюминии, а также кремниевый солнечный элемент 5.

Установлено. что при содержании алюминия в дополнительном слое 3 алюминий. 5U, 1635843 А1 увеличение адгезионной прочности контакта и уменьшение переходного сопротивления. Омический контакт состоит из слоя оловосодержащего припоя, контактного слоя алюминийникелевого сплава с содержанием Al 2 — 10 мас,g толщиной 150 — 200 нм, дополнительного слоя алюминийникелевого сплава с содержанием At 20 — 35 мас. толщиной 60 — 1000 нм и переходного слоя толщиной 5 — 100 нм, состоящего из смеси силицида никеля и твердого раствора кремния в алюминии, Дополнительный слой обеспечивает хорошую адгезионную прочность сцепления как с контактным слоем, так и с кремниевым солнечным элементом, Введение переходного слоя обеспечивает уменьшение переходного сопротивления. 1 ил. никелевого сплава от 20 до 35 мас.% увеличивается адгезия этого слоя к кремнию в

1.5 — 2,0 раза. Это объясняется снижением в слое внутренних напряжений, Однако дополнительный слой 3 алюминийникелевого сплава с содержанием алюминия 20-35 мас, имеет слабое сцепление со слоем 1 оловосодержащего припоя, Для устранения этого недостатка введен контактный слой 2 алюминийникелевого сплава с содержанием алюминия 2-10 мас., который имеет высокуlo адгезию к дополнительному слою

3 и к слою 1 оловосодержащего припоя.

При содержании алюминия в контактном слое 2 алюминийникелевого сплава меньше 2 мас. наблюдается большая скорость его растворения в припое, При содержании алюминия в сплаве больше 10 мас. снижается прочность соединения со слоем припоя. Оптимальная толщина слоя алюми1635843 нийникелевого сплава, содержащего 2-10 мас,g а л ю м и нHи я, составляет 150 — 2000 нм.

При толщине слоя меньше 150 нм снижается ремонтопригодность солнечных элементов, поскольку эксперименты показали, что для одного цикла нанесения припоя (лужения) расходуется 15-20 нм слоя алюминийникелевого сплава в результате их объемного взаимодействия. При увеличении толщины слоя больше 2000 нм снижается адгезионная прочность контактов в результате роста в слоях внутренних напряжений.

Введение в дополнительный слой 3 алюминия в количестве 20 — 35 мас. снижает омическое сопротивление контактов, так как удельное сопротивление алюминия 2,8 мкОМ см, а удельное сопротивление никеля

11,3 мкОМ см. При содержании алюминия в дополнительном слое 3 алюминийникелевого сплава меньше 20 мас. или больше 35 мас.",ь снижается адгезионная прочность контактов из-за высоких внутренних напряжений в слое.

Оптимальная толщина дополнительного слоя 3 алюминийникелевого сплава с содержаниемм алюминия 20-35 мас. составляет 60-1000 нм. При уменьшении толщины этого слоя меньше 60 нм несколько снижается адгеэионная прочность контакта из-за несплошности слоя в виде множества проколов. При увеличении толщины слоя больше 1000 нм снижается прочность контактов из-за возрастания в слоях внутренних напряжений. Следует отметить, что слои алюминийникелевых сплавов имеют близкие коэффициенты термического расширения, что снижает термические напряжения в контактах и повышает надежность работы солнечных элементов при колебаниях температуры. Переходный слой

4 между слоем кремния и дополнительным слоем 3 алюминийникелевого сплава, состоящий из смеси силицида никеля k твердого раствора кремния в алюминии, очищает границу раздела от загрязнений, предотвращая колебания контактных свойств, разрушает барьер иэ окисла на границе раздела, уменьшает высоту барьера, что ведет к повышению эффективности преобразования энергии солнечными элементами.

Введение в переходный слоЯ 4 твердого раствора кремния в алюминии приводит к образованию вблизи поверхности дефектов кристаллической решетки. При этом преобладающим механизмом в токопереносе становится рекомбинационный, который ведет к уменьшениЮ контактного сопротивления.

Оптимальная толщина переходного слоя 4 составляет 5-100 нм. При уменьшении толщины этого слоя меньше 5 нм снижается эффективность преобразования энергии изза увеличения контактного сопротивления, при этом снижается адгезия дополнительного слоя 3 из-эа различных значений коэффициентов термического расширения контактного слоя и слоя кремния. При увеличении толщины переходного. слоя 4 больше 100 нм возрастает вероятность

10 увеличения токов утечки и, следовательно, снижается надежность работы солнечных элементов при высоких уровнях освещенности.

Пример. На подложку кремниевого

15 солнечного элемента 5 на электронно-лучевой установке "Оратория-9" последовательно наносят слой 3 алюминийникелевого сплава с содержанием алюМиния 20-35 мас. и контактный слой 2 алюминийнике20 левого сплава с содержанием алюминия 210 мас. при следующих режимах:

Давление в рабочей камере 5,3 10 Па

Температура подложки 200-,210 С

УскоРЯющее напРЯжение 6 +о2 кВ

Ток эмиссии катода 1-0,4 А

Время нанесения

1-ro слоя 100 +10 с

Время нанесения

2-го слоя 140 й10с

Затем формируют переходный слой 4 между подложкой кремниевого солнечного элемента 5 и дополнительным слоем 3 алю35 минийникелевого сплава с содержанием алюминия 20-35 мас.$. Для этого, не вынимая подложку из электронно-лучевой уста новки, нагревают подложку до 250-300 С и выдерживают температуру в течение 30-35

40 мин. В результате взаимодействия никеля и алюминия с кремнием формируется переходныЯ слой 4. состоящий из смеси силицида никеля и твердого раствора кремния в алюминии, при этом граница раздела между

45 дополнительным слоем 3 и кремнием подложки освобождается от несовершенства структуры и загрязнений, разрушается барьер из окисла.

После формирования переходного слоя

50 4 наносят слой оловосодержащего припоя 3

flOCK50-18 методом горячего лужения с применением флюса ФСл Гл (глицерин 9495, соляная кислота 5-6 ), Формула изобретения

Омический контакт к кремниевому солнечному элементу, включающий контактный

choA алюминийникелевого сплава с содер- жанием А! 2 — 10 мас.7 и слой оловосодержвщегоприпоя,отлича ющийс ятем, что, 1635843

Составитель И.Блохин

Техред M.Моргентал

Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 1979 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с целью увеличения адгезионной прочности и уменьшения переходного сопротивления, на поверхности контактного слоя толщиной

150-2000 нм последовательно расположены дополнительный слой алюминийникелевого сплава толщиной 60-1000 чм с содержанием А! 20 — 35 мас. и переходный слой толщиной 5-100 нм, состоящий из смеси силицидэ никеля и твердого раствора крем5 ния в алюминии.

2 ф