Теоретические результаты были экспериментально проверены при создании в легированном слое ступенчатого распределения примесей с использованием термодиффузионной технологии, наиболее широко применяемой в настоящее время для изготовления кремниевых сол­нечных элементов [2, 5, 13, 79]. Диффузия проводилась по бокс- методу [124].

Выполненные расчет и эксперимент показали, что пористая окис­ная пленка, предварительно образованная на поверхности кремния методом анодного окисления, дает возможность даже при однократ­ной термодиффузии получить двухслойную структуру легированной области [125]. Часть диффузанта, например фосфора, проходя через поры, образует область низких концентраций примесей у р—^-пере­хода. Задержанный окисным слоем основной поток примеси создает тонкий слой с повышенной концентрацией примеси у поверхности. Изменяя пористость пленки, а также регулируя время и температу­ру диффузии, можно достаточно плавно и точно управлять профи­лем распределения примесей в легированной области.

Оптимизированный режим однократной термодиффузии через предварительно созданную окисную пленку определенной пористости дает возможность получать р—и-переходы с глубиной залегания легированного слоя 0,9—1,3 мкм. При этом распределение примесей соответствует четко обозначенным двум областям высокой и низ­кой концентрации (рис. 2.3, кривая 1).

Другая возможность создания сложного распределения приме­сей — двойное легирование. Для проведения этого процесса были выбраны кремниевые диски с легированным слоем толщиной поряд­ка 3 мкм, создаваемым термодиффузионным методом, распределение примесей в котором описывается кривой 3 на рис. 2.3.

Диффузионный слой стравливался до глубины 0,5—0,6 мкм, за­тем осуществлялось вторичное легирование по режиму однократной термодиффузии. Полученные р—и-переходы находились на глубине

Вис. 2.3. Экспериментальное распределение концентрации фосфора в кремнии по глу­бине легированного слоя от поверхности (штриховые линии) до р—«-перехода (штрихпунктир>, полученное термодиф­фузией при различных режимах

1 — однократная термодиффузия через задер­живающий слой окисла определенной пори­стости (/л—1,0 мкм); 2 — двойная через слой пористого окисла на поверхности (1л=1,2мкм); 3 — глубокая без предварительного окисления поверхности (1л=1,2 мкм после химического травления легированного слоя)

1—3 — способы получения соответственно указанным в подписи к рис 2 3, 4 — мелкая термодиффузия в потоке газа (экспоненциальное распределение примесей, 1л=0,6 мкм); 5 — глубокая однократная термодиффузия (без химического травления после диффузии, 1л=3,0 мкм) 1,0—1,2 мкм от поверхности, при этом на глубине 0,3—0,7 мкм наблюдался резкий перепад концентрации примесей на два порядка’ (рис. 2.3, кривая 2). Профиль концентраций примесей строился на основе результатов измерения проводимости четырехзондовым ме­тодом при послойном анодном стравливании, глубина р—га-перехода определялась с помощью сферического шлифа.

На кремниевые пластины наносились электрические токосъемные контакты по обычной методике [13, 16, 77, 79] и исследовались характеристики полученных фотоэлементов.

Экспериментальные солнечные элементы в коротковолновой спектральной области имеют повышенную спектральную чувбтви-» тельность (рис. 2.4, кривые 1 и 2), которая зависит от коэффи­
циента собирания носителей заряда из легированной области. Напри­мер, при Х=0,5 мкм у экспериментальных элементов со ступенча­тым распределением примесей в легированном слое IfE—22CN — —250 мкА/мВт, а у элементов с толщиной легированного слоя по­рядка 3 и 1,2 мкм (распределение примесей описывается соответст­венно горизонтальным и наклонным участками кривой 3 на рис. 2.3) значения спектральной чувствительности лежат в интервале 50—125 мкА/мВт (см. рис. 2.4, область 5) и 170—180 мкА/мВт (см. рис. 2.4, кривая 3). Даже у элементов с очень мелкой глубиной залегания р—п-перехода (0,6 мкм) и экспоненциальным распреде­лением примесей (см. рис. 2.4, кривая 4) чувствительность при Я=0,5 мкм не превышает 200 мкА/мВт. Солнечные элементы с глу­биной залегания р—тг-перехода 2Л=0,6 мкм (кривая 4), полученного низкотемпературной диффузией, имеют распределение примесей в легированном слое, близкое к экспоненциальному с перепадом концентраций от 5-Ю20 у поверхности до 1016 см~3 у р—гс-перехода. Сравнивая кривые 7—4, можно заключить, что повышенная чувст­вительность экспериментальных солнечных элементов в коротковол­новой области спектра (кривые 1 ж 2) объясняется преобладающим (над эффектом ухудшения параметров диффузии неосновных носи­телей в области повышенной концентрации) влиянием введенного тянущего поля сложной конфигурации.

Вольт-амперные характеристики солнечных элементов с двух­слойной структурой легированной области также значительно луч­ше, чем у обычных. Плотность нагрузочного тока с единицы полез­ной площади солнечных элементов при глубине залегания р—^-пере­хода 1,0—1,2 мкм на 9—17% выше, чем у элемента с экспоненциаль­ным распределением примесей в легированном слое такой же глубины, что достаточно точно подтверждает расчетные данные (см. рис. 2.2).

Таким образом, предложенное двухступенчатое распределение примесей приводит к значительному улучшению вольт-амперных и спектральных характеристик солнечных элементов даже при сравни­тельно большой глубине залегания р—и-перехода (/л—1,2 мкм), что* позволяет не только увеличить КПД элементов, но и использовать для токосъема с легированного слоя простые, дешевые и надежные электрические контакты, получаемые химическим осаждением ни­келя [13, 16]. Проблема создания надежных омических контактов, удешевления и автоматизации их нанесения — одна из наиболее сложных в современной технологии изготовления солнечных эле­ментов.