Применение лазерной обработки в технологии изготовления солнечных элементов

• Автор: Потеха, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1992
• Место защиты: Херсон
• Количество страниц: 199 с. : ил.

Введение
Гл. 1 Лазерная обработка в технологии изготовления современных солнечны®: элементов (обзор литературы):
§1 Современные кремниевые СЭ
§2 Методы лазерно-стимулированного изменения структуры
эмиттерной и базовой областей
§3 Локальная лазерная обработка в технологии ФГ1
Гл. Е Методика обработки образцов, изготовления солнечных
элементов и исследования их свойств:
§1 Экспериментальные образцы
§2 Экспериментальные установки, использовавшиеся в работе
§3 Исследование свойств СЭ и обрабатываемых структур
Гл. 3 Лазерографические методы в технологии солнечных элементов.
§1 Лазерографическое формирование структур. в системе
полупроводник- диэлектрик
§2 Характериетки 03. изготовленных с использованием
лазерографии
§3.Влияние лазерной обработки на качество эмиттерной и
базовой областей
Гл. 4 Лазерные методы разделения и коммутации при изготовлении солнечных батарей.
§1 Лазерная резка и скрайбирование элементов из моно- и поликристаллического кремния
§2 Лазерная коммутации солнечных элементов в батарею... 150 §3 Лазерная коммутация элементов батареи на основе аморфного гидрогенизированного кремния
Заключение
Список литературы
Полупроводниковые ф:вопреобра;>ователи (ФШ имеют сушст-венные преимущества перед Традиционными ИСТСЧН.мКсШИ энергии :
• доступность и неисчерпаемость источника энергии - сод -НОЧНОГО, Но лучения;
прямое преобразование излучения в наиболее универсальный ВИД энергии - 3 Ж’ КТ рйЧе 0 Т В О:
- простота использования, исключающая применение вращающихся частой, ющк-стей и газов, высоких т-мпоратхр;
модульный принцип компонования;
гщ;шпгичеекая чистота преобразования.
Ото обуож1Бд:ша,ет непрерывшей рост проившдства солнечных сою ментов (08), рынок сбыто: которых в 1у90 г, достиг 46 МВт I 16 при устойчивой, тенденции 20% ежегодного роста, Шщюко--тоштабное произсодство сдерживается высокой стоимостью выра-блтшасшй электроэнергия, однако, по оцешш специалистов, к 1695 г, стоимость электроэнергии, получаемой е пс-ыощью ФД понизится до значения 8 цент/кВт % что позволит конкурировать с Фр?1ДЙЦИ0НЦЫНМ йоточгщками энергии. Ь свою очередь повышение Ддл-мов производства и дальнейшее . нижние стоимости возможно при условии .разработки и внедрения ковш высокопроквводитоль-иьк: операций при йгтотовдении СЭ.
6'ДПИМ ИЗ перч; Й0КТМВ1НЖ Лй-ытрументов новых технологий зжаушес оптический квантовый генератор : оЛГ). Технодс-гов привлекают олсдуюйшк черты, хараюгерязуюшие лазерную обработ-
* г V I
оеоконтыбУьоеть 1 на объект вждейотьует только свстобой
поток.);
локальноет-ь воздействия ) размеры зоны обработки можно ч 'НкзйТ-Ь до дмфрысщг шюго предела.
- высокая плотность мощности;
автоматизируемооть:
ВОСМОЛШОСТЪ ПрОВсОЦЯКЗ уНШЛЬТЬЯШ црсцеСООБ И Др.
Анализ шгуруртм данных говорит о том, что возможности
- 4 ' '
использования лазера при изготовлении 03 исследованы недостаточно, в основном для операции лазерного отжига (Ж» после ионной имплантации (Ий), По другим операциям информация либо отсутствует, либо представлена единичными работами.
Де ль работы. Разработка и исследование лазероотимулиро-ванных процессов,перспективных для применения в технологии изготовления солнечных батарей (ОБ),
Для 'достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализпровалея механизм даверографического формирования я удаления слоев в гетероструктурах на основе кремния;
исследовались лазериостшулированные методы разделения пластин на элементы и их последующа коммутация в батарею:
• изучалось влияние лазерного воздействий на состав и структурное совершенство эмиттерной и базовой областей 03; разрабатывалось специализированное оборудование, объект и метод исследования:
Объектом служили ГО на основе кремния монокристалли-чоекого п- и p-типа диаметром до 100 мм ориентации (100) и ни): полшкриетаалического, профилированного в виде многог-
чншых призм, вырайрошого по метод;. Степанова: аморфного, по т-чавс.-к.- осаждепяем из ЗіИрв тжчощм разряде, В зависимости ат задачи обработка лазерным лучом проводилась на различных, этапах изіктовдешя прибора - ‘ от изготовления заготовок до воздействия на готовый ФИ. Использовались лазеры непрерывного режима работы, режима свободной генерации импульсов (длитедъ-с еть импульса Т б мез акустооіітической модуляции добротности і щЗОЮ -500 кс), о шкачкей эл, разрядом і 28320 ксо Зпюдъзовалосъ излучение следующих длин волн; 0.19: 0,048;
0,308 : 0,337: 0,51: 0,53: 0,58; 1,068 10,6 мкм. Средняя МОЩ-
НОСТЬ излечения т ’8т Шз Верхний предел плотности мощности
70 £
ососюотки в гжепе миме птах не иге выдал: 1с от/ем . Обработка
нроведидааь как на. воздухе, так и б вакууме и специальных атмосферах, т; ряде случаев применялся нагрев образца, до 1000 С, 8ісактерііст.дки зо ацописались на щиоваами измерения световых РАЗ ; АШ, 3-40°0) на икит;:
і І ». j iVJP ' ijlu іU Ш Ї1 О К. І УО McVL ч
море солнечного излучения, темповых ІіМіт 4 измерялись ементградыше за-
ренний квантовый выход на Д-400 нм до 65-60 %. Время жизни
неосновных носителей в базе составило около 20 мкс, что соот
ветствует диффузионной длине около 250- мкм. Шунтирующее сопротивление составляло по меньшей мере несколько кОм.
Ив таблицы видно, что наносекундный отжиг позволил получить ОЭ с лучшими характеристиками.. Кроме того, он не требует подогрева образцов,что значительно удобнее технологически.
Исследования структуры показали,что твердофазная лазерная рекристаллизация активизирует только 34% внедренной примеси,а кристаллическая решетка содержит существенные деформации. !ид~ кофазный отжиг обеспечивает лучшее качество рекристаллизован-ных областей.
При наносекундном отжиге расплавление приповерхностного слоя приводит к значительному перераспределению примеси,что объясняется увеличением коэффициента диффузии ( на 6-7 порядков) по сравнению с твердофазными процессами. Высокие скорости
кристаллизации расплавленной области (1(7м/с) приводят к внед
рению примесей в концентрациях, превышающих пределы растворимости
Такие особенности обработки яаносекувдными импульсами
подсказали идею проведения лазерно- стимулированной диффу
зии,без нагрева пластин в лечи.
В работе [50] внедрение примеси в объем полупроводника (Зі.баДз) проводилось с помощью лазера из тонкой металлической пленки. Слой Зп толщиной 16-: 100 мкг/см и Ре 4. 8-ЮОмкг/см. Образцы облучались . лазером на ЖАТ: N6 ( Д-1,06 мкм, /$ »1. 6-16 Дж/см ).
По данным мессбауэровской спектроскопии, атомы Зп в образцах Зі после ЛО занимают невозмущенные, узлы решет -ки. Т.о., несмотря на макроскопическое ухудшение качества поверхности после лазерного облучения (что наблюдается при эл. ~ микроскопических исследованиях и проявляется в увеличении фонового выхода ионов при каналировании) микроструктура существенно не искажается. Исследования мессбаузровеких спектров подтвердило вывод об отсутствии преципитатов в лазерноотожжен-ных слоях.