Development of metal contacts for black silicon
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-03-16
Department
Major/Subject
Biosensing and Bioelectronics
Mcode
ELEC3045
Degree programme
LST - Master's Programme in Life Science Technologies (TS2013)
Language
en
Pages
9 + 58
Series
Abstract
Black silicon (b-Si) surfaces have exceptionally good optical properties for applications like solar cells with their reflectivities as low as only ~1%. Conventional contact fabrication methods developed originally for flat silicon surfaces have been shown to result in nonconformal contacts and high contact resistance values on b-Si surfaces, which has led to increased total resistance and decreased solar cell efficiency. This thesis aimed to find optimized sputtering parameters for Ti/Pt/Ag stack to fabricate conformal and good ohmic contacts on b-Si surface, without holes and with contact and line resistance as low as possible. Two different patterning methods, a simple steel shadow mask and lift-off process, were used to produce the desired front metal contacts. Two sputtering parameters, time and power, were varied and the results characterized by Scanning Electron Microscope and Transfer Length Method. The hypothesis was that with lower sputtering power and thus lower sputtering yield, the resulting metal layer would be more conformal on the b-Si structure. The measured values for contact resistance Rc (~450-620 mOmega) and specific contact resistivity rhoc (~1.27-2.48 mOmega*cm2 were in range as compared to planar surfaces reported in literature, which is promising for the b-Si samples that have much higher aspect ratio. Line resistance values were higher as compared to planar surfaces reported in the literature due to the much lower thickness of contacts. By further optimizing the sputtering parameters and thickening the finger structures, it could be possible to achieve conformal, good ohmic contacts and thus, to increase the efficiency of b-Si solar cells.Mustan piin hyvät optiset ominaisuudet ja alhainen, jopa ~1% heijastuvuus, ovat erityisen hyviä erilaisia sovelluksia kuten aurinkokennoja varten. Tavanomaiset tasaiselle piille tarkoitetut metallointimenetelmät aiheuttavat mustan piin pinnalle epätasaisia metallikontakteja, joilla on korkea kontaktiresistanssi ja sen myötä korkea kokonaisresistanssi, joka johtaa heikompaan aurinkokennon tehokkuuteen. Diplomityön tarkoitus oli löytää optimoidut sputterointiparametrit Ti/Pt/Ag-metalloinnille tasaisen ja hyvän ohmisen kontaktin valmistukseen mustan piin pinnalle niin, että kontakti- ja johdinresistanssi ovat mahdollisimman alhaiset. Mustan piin rakenteet muodostettiin ICP-RIE-kuivaetsauksella. Metallikontaktien muodostukseen käytettiin kahta eri menetelmää, teräksistä shadow maskia sekä optista litografiaa. Sputteroinnissa muokattiin kahta eri parametria, aikaa ja tehoa. Tulokset mitattiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja Transfer Length Method -mittauksella. Hypoteesin mukaan matala sputterointiteho johtaisi tasaisempaan metallikerrokseen mustan piin pinnalle. Mitatut arvot kontaktiresistanssille Rc (~450-620 mOmega) ja kontaktiresistiivisyydelle rhoc (~1.27-2.48 mOmega*cm2) olivat linjassa kirjallisuuden kanssa, mikä on lupaavaa mustapiinäytteille, joiden pinta on voimakkaasti kuvioitu verrattuna tasaiseen piihin. Johdinresistanssitulokset olivat korkeampia pienemmän johdinpaksuuden takia. Optimoimalla sputterointiparametreja enemmän ja paksuntamalla metallikontakteja on mahdollista saavuttaa tasaiset, hyvät metallikontaktit ja siten kasvattaa mustapiiaurinkokennojen tehokkuutta.Description
Supervisor
Savin, HeleThesis advisor
Mack, IrisKeywords
black silicon, metallization, solar cell, semiconductor