DE1216452B

DE1216452B - Verfahren zur Herstellung von Photoelementen

Info

Publication number: DE1216452B
Application number: DES87210A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Miederer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-09-11
Filing date: 1963-09-11
Publication date: 1966-05-12
Also published as: DE1216452C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Photoelementen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Photoelementen durch thermische Zersetzung gasförmiger Verbindungen der Ausgangsstoffe an einer erhitzten Unterlage. Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von großflächigen Solarzellen geringen Gewichts geeignet, Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbaue,lementen mit mindestens einem pn-Übergang durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials an einer erhitzten Unterlage bekannt. Bei diesem Verfahren wird jedoch das Halbleitermaterial auf einem einkristallinen Halbleiterkörper, der auf eine metallische Unterlage aufgelegt ist, abgeschieden. Verwendet man dieses bekannte Verfahren zur Herstellung von Solarzellen, so ist die Größe der lichtempfindlichen Oberfläche dieser Solarzellen durch die geringe Größe der verfügbaren Halbleitereinstristalle von vornherein begrenzt. Außerdem wird das Gewicht dieser Solarzellen im wesentlichen durch das Gewicht der Halbleitereinkristalle bestimmt. Diese Nachteile fallen insbesondere bei der Verwendung der Solarzellen für Raumfahrtzwecke ins Gewicht, da gerade für diesen Zweck sehr leichte und großflächige Solarzellen benötigt werden.
Das Verfahren zur Herstellung von Photoelementen gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet die genannten Nachteile. Es besteht darin, daß auf eine Metallfolie eine metallische Schicht aufgebracht wird, die sowohl mit dem Metall der Folie als auch mit dem aufzubringenden lichtempfindlichen Halbleitermaterial legierfähig ist, daß die Metallfolie auf 300 bis 600' C erwärmt wird, daß ein aus Alkylen der Elemente der 11. oder Ill. oder Vl. Gruppe des Periodischen Systems und aus thermisch leicht spaltbaren Verbindungen der Elemente der V. oder Vl. Gruppe des Periodischen Systems bestehendes Reaktionsgas an der Metallfolie thermisch zersetzt wird und daß hierauf durch Erhitzen über 600' C die legierfähige Schicht mit dem lichtempfindlichen Material und dem Metall der Unterlage legiert wird.
Im Sinne einer guten Regelbarkeit des Abscheidungsvorgangs ist es vorteilhaft, dem Reaktionsgas ein Trägergas, beispielsweise Wasserstoff, beizumischen. Als geeignete Alkylverbindungen haben sich die Alkyle der Elemente Germanium, Cadmium, Zink, Aluminium, Gallium oder Indium erwiesen. Als thermisch leicht spaltbare Verbindungen können beispielsweise die Wasserstoffverbindungen der Elemente, Arsen, Phosphor oder Schwefel, also die Verbindungen A-sH 31 PH, oder H2S verwendet werden. Ferner sind die Alkyle und Alkylhydride der Elemente der 111. Gruppe des Periodensystems geeignet.
Dem Reaktionsgas können zur Erzielung eines bestimmten Leitungstyps des abgeschiedenen Halbleitermaterials Dotiersubstanzen beigemischt werden. Diese Dotiersubstanzen können auch intermittierend beigemischt werden, derart, daß die aufwachsenden Schichten unterschiedliche Leitungstypen aufweisen.
Das erffndungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von großflächigen Solarzellen aus Galliumarsenid. Das Gewicht dieser Zellen kann durch Verwendung dünner Metallfolien sehr gering gehalten werden. Durch den Legiervorgang wird das Halbleitermaterial fest mit der Metallfolie verbunden. DurchdieniedrigeReaktionstemperatur wird eine Verunreinigung des abgeschiedenen Halbleitermaterials durch zu starke thermische Belastung des Reaktionsgefäßes vermieden.
Im nachfolgenden wird an Hand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine GaAs-Solarzelle im Schnitt, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Bei 11 ist das Reaktionsgefäß, das z. B. aus Quarzglas bestehen kann, gezeichnet. Mit 12 ist ein elektrischer Heizofen bezeichnet, der z. B. aus Nickelblech besteht und in dessen Innerem sich die Heizwicklung 13 findet. Das zylindrische Hohlrohr 14 aus Keramik dient als Halterung für den Heizofen. Die Stromzuführungen für den Heizofen sind mit 15 und mit 16 die Metallfolie bezeichnet. Die Metallfolie kann z. B. aus Gold, Wolfram oder Molybdän bestehen. Die mit 17, 18 und 19 bezeichneten Rohrleitungen dienen zum Zuführen der einzelnen Komponenten, aus denen sich das Reaktionsgas bildet, nämlich das Trägergas, das dampfförmige Metallalkyl, die dampfförmige, thermisch leicht spaltbare Verbindung und die dampfförmige Dotiersubstanz. Mit 20 sind Austrittsöffnungen für das Reaktionsgas im Reaktionsgefäß, bezeichnet.
Die dünne Metallfolie 16 wird mit einer dünnen legierungsfähigen Schicht von etwa 3 bis 20 [t Dicke versehen. Die legierungsfähige Schicht besteht z. B. aus einer Au-Zn-Legierung mit 111/o Au und 99 1/o Zn. Anschließend wird in dem Reaktions-efäß 11 das Reaktionsgas, bestehend aus einem Trägergas, einem dampfförmigen Metallalkyl der Elemente der II., RI. oder IV. Gruppe des Periodischen Sy- stems und einer thermisch spaltbaren Verbindung der Elemente der V. und VL Gruppe, des Periodischen Systems über die auf 300 bis 600' C erwärmte Metallfolie geleitet. Hierbei wird durch thermische Spaltung auf der erwärmten Metallfolie eine Schicht eines halbleitenden Elements oder einer halbleitenden Verbindung abgeschieden. Durch Zumischen von Dotiersubstanzen zu dem Reaktionsgas kann die aufwachsende halbleitende Schicht in ihrem Leitungstyp geändert werden. Beispiel Herstellen einer großflächigen GaAs-Solarzelle Eine 4 cm2 große Molybdänmetallfolie mit einer Dicke von 30 [t wird mit einer 10 #t dicken Zn-Schicht elektrolytisch versehen. Ansdhließend wird in dem Reaktionsgefäß über die auf 450' C erwärmte Molybdänfolie ein Reaktionsgas geleitet, bestehend aus dem Trägergas H2, dem Galliumalkyl Ga(CH 3)3 und der thermisch leicht spaltbaren Arsenverbindung AsH., wobei dem Reaktionsgas als Dotiersubstanz noch Zn(CH")2 beigemischt wird, so daß sich auf der erwärmten Molybdänfolie p-leitendes GaAs abscheidet. Haben sich etwa 50 It p-leitendes GaAs abgeschieden, so wird die Zufuhr der Dotiersubstanz gestoppt und anschließend eine 3 bis 5 #t dicke n-leitende GaAs-Schicht abgeschieden. Nach dem Abscheiden von GaAs wird die beschichtete Molybdänfolie auf 700' C erhitzt, damit die Zn-Schicht mit dem p-leitenden GaAs und der Molybdänfolie gut legiert. Im Anschluß daran wird die GaAs-Solarzelle noch kontaktiert.
F i g. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Querschnitt durch eine Galliumarsenid-Solarzelle, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es im Beispiel ausführlich beschrieben ist, hergestellt wurde. Mit 21 sind die Molybdänmetallfolie, mit 22 die elektrolytisch aufgebrachte Zn-Schicht, mit 23 die p-leitende GaAs-Schicht, mit 24 die n-leitende GaAs-Schicht, mit> 25 der Stromanschluß an die Metallfolie 21 und mit 26 eine ringförmig geschlossene Elektrode auf - der n-leitenden -GaAs-Schicht bezeichnet.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Photoelementen durch thennische Zersetzung gasförmiger Verbindungen der Ausgangsstoffe an einer erhitzten Unterlage, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß auf eine Metallfolie eine metallische Schicht aufgebracht wird, die sowohl mit dem Metall der Folie als auch mit dem aufzubringenden lichtempfindlichen Halbleitermaterial legierfähig ist, daß die Metallfolie auf 300 bis 6001C erwärmt wird, daß ein aus Alkylen der Elemente der II. oder III. oder IV. Gruppe des Periodischen Systems und aus thermisch leicht spaltbaren Verbindungen der Elemente der V. oder VI. Gruppe des Periodischen Systems bestehendes Reaktionsgas an der Metallfolie therinisch zersetzt wird und daß hierauf durch Erhitzen über 6000 C die legierfähige Schicht mit dem lichtempfindlichen Material und dem Metall der Unterlage legiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Alkyle der Elemente Germanium, Cadmium, Zink, Aluminium, Gallium oder Indium verwendet werden. 3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch leicht spaltbare Verbindungen die Wasserstoffverbindungen der Elemente Arsen, Phosphor oder Schwefel verwendet werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas Wasserstoff als Trägergas beigemischt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas Dotiersubstanzen beigemischt werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotiersubstanzen dem Reaktionsgas intermittierend beigemischt werden, derart, daß die aufwachsenden halbleitenden Schichten unterschiedliche Leitungstypen aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegesehrift Nr. 1126 515.