Procedimiento para el tratamiento de células solares con contactos de cavidad escritos a láser.
Procedimiento para el tratamiento de células solares (11), que muestran sobre un lado superior (14) una capa activa(13) con una capa antirreflejo (15) encima,
con las etapas:
- producir varias cavidades (22) en la capa antirreflejo (15) mediante láser (20a), que llegan hasta la capa activa (13) dedebajo,
- introducir material de contacto (30) sólo en las cavidades (22) o sobre el fondo de las cavidades (23),
- caldeamiento (20b) o calentamiento del material de contacto (30) en las cavidades (22) para la unión con el material(25) de la capa activa colindante (13),
con lo cual el calentamiento o caldeamiento del material de contacto (30) tiene lugar localmente sólo en el material decontacto (30) en las cavidades por radiación sólo del material de contacto con un láser (20b).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/008932.
Solicitante: Gebr. Schmid GmbH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: ROBERT-BOSCH-STRASSE 32-34 72250 FREUDENSTADT ALEMANIA.
Inventor/es: SCHMID, CHRISTIAN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L27/142 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 27/00 Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores o de otros componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común (detalles H01L 23/00, H01L 29/00 - H01L 51/00; conjuntos que consisten en una pluralidad de dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00). › Dispositivos de conversión de energía (módulos fotovoltaicos o conjuntos de células fotovoltaicas individuales que comprende diodos de derivación integrados o directamente asociado con las células fotovoltaicas sólo H01L 31/0443; módulos fotovoltaicos compuestas de una pluralidad de células solares de película delgada depositados en el mismo sustrato H01L 31/046).
- H01L31/0216 H01L […] › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Revestimientos (H01L 31/041 tiene prioridad).
- H01L31/0224 H01L 31/00 […] › Electrodos.
PDF original: ES-2386372_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para el tratamiento de células solares con contactos de cavidad escritos a láser
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de células solares, donde sobre una parte superior de los substratos está prevista una capa activa con una capa antirreflejo encima, según lo escrito en la reivindicación 1.
En la fabricación o tratamiento de por ejemplo células solares sobre láminas de silicio, éstas presentan una capa activa de silicio, a la que se deben fijar por un lado contactos frontales. Además, para el aumento del rendimiento de las células solares se aplica repetidas veces una capa antirreflejo. Desde el punto de vista del procedimiento se aplica en primer lugar la capa antirreflejo y solamente después los contactos.
Además se conocen las llamadas células de contacto enterrado, en las que con un láser se producen cavidades en la profundidad de 20-30lm a través de la capa antirreflejo SiNx. Las cavidades se depuran y a continuación son provistas nuevamente con una dotación más alta que sobre la superficie. Como fase siguiente se aplica químicamente níquel y éste se trata a continuación por un proceso de varios minutos en un horno a aprox. 400 C°. A continuación se aplica una capa de cobre química o galvánica. Desventajas de aquí son costes altos de proceso, debido al repetido proceso de temperatura alta para la dotación puede aparecer un deterioro del SiNx o variación negativa en la microestructura de silicio y un proceso de recocido significa una carga repetida del lado trasero de aluminio de los substratos.
El documento WO 2005/083799 A1 describe un procedimiento para el tratamiento de células solares, en las que sobre su lado superior se producen cavidades. En estas cavidades se introduce un material de contacto. A continuación la completa célula solar se calienta en una atmósfera, que es provista de o contiene gases determinados.
El artículo de Jensen J. A. D. et al. "Electrochemical Deposition of Buried Contacts in High-Efficiency Cr y stalline Silicon Photovoltaic Cells" en Journal of The Electrochemical Society, vol. 150, Nr. 1, 2003, páginas G49 a G57; XP001090500 ISSN: 0013-4651 describe un procedimiento, en el que se pueden producir contactos de líneas en cavidades sobre un lado frontal de una célula solar. Esta producción se realiza a través de desconexión electroquímica de material de contacto.
El documento AU 199668036 B2 describe, como se produce en el lado frontal de una célula solar una fundición del material de contacto en cavidades en un horno de difusión.
El documento AU 565 214 B describe otro procedimiento, en el que en la parte frontal de una célula solar mediante un láser se forman cavidades y se producen sobre el lado frontal contactos de líneas de material de contacto metálico. Aquí tiene lugar un calentamiento del material de contacto introducido en las cavidades a través de la radiación de las áreas provistas con las cavidades con un láser.
Tarea y solución
La invención se basa en la función de crear un procedimiento inicialmente nombrado, con el que se puede mejorar la aplicación de contactos en la parte frontal de una capa activa de una célula solar, sobre la que se extiende una capa antireflejo.
Este problema se resuelve con un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Configuración ventajosa así como preferida de la invención son objeto de las otras reivindicaciones y se describen detalladamente en lo sucesivo. El texto de las reivindicaciones pasa así a formar parte del contenido de la descripción a través de referencia expresa.
Según la invención está previsto que se produzcan cavidades o canales en la capa antirreflejo, que llegan hasta debajo de la capa activa. Estas cavidades son producidas con un láser, es decir, en servicio pulsado o permanente. En un ejemplo, que no cae bajo la invención reivindicada, se pueden producir las cavidades también mecánicamente. Luego se introduce un material de contacto en las cavidades o se aplica sobre el fondo de la cavidad, por ejemplo níquel
o plata. Esto puede ser hecho a través de aplicación precisa o dirigida al material de contacto, por ejemplo con un método tipo chorro de tinta similar a un procedimiento de impresión, alternativamente química o galvánicamente. A continuación el material de contacto se calienta o caldea en las cavidades para la unión con el material de la capa activa colindante, con lo cual el calentamiento o caldeado del material de contacto tiene lugar localmente sólo en el material de contacto en las cavidades por la radiación sólo del material de contacto con un láser.
La energía de pulso del láser puede ser elegido aquí de tal manera, que la capa antirreflejo se elimina, pero el silicio situado debajo, de la capa activa no se quita ni siquiera con un disparo múltiple con pulsos de láser. La longitud de onda de láser se encuentra entre 260nm y 1065nm, la densidad de potencia de superficies por pulso se encuentra
entre 3 hasta 50J/cm, la duración del pulso se encuentra entre 1ns y 200ns, ventajosamente entre 50ns y 100 ns.
Un láser Nd:YLF ventajosamente utilizado, que es similar a un láser Nd:YAG habitual, pero que tiene un vidrio de soporte ligeramente modificado, tiene una longitud de onda fundamental de 1047nm, la cuadriplicada de ella tiene 261, 7nm. El láser Nd: YAG tiene una longitud de onda fundamental de poco más de 1064nm. Esto da un área total de 261nm - 1065nm para tratamiento de láser.
En la potencia por metro cuadrado cuenta la densidad de la potencia por unidad de superficie. También se puede aumentar el rayo y aumentar después la potencia de pulso, en este sentido es aquí decisiva la potencia por unidad de superficie, como se indica anteriormente.
El contacto frontal se puede formar como descrito. Por el caldeado se puede ventajosamente también reducir la resistencia de contacto entre el contacto frontal o material de contacto y la capa activa. Esto a su vez aumenta la capacidad de rendimiento o el rendimiento de la célula solar.
Es posible después de producir las cavidades o antes de la introducción del material de contacto, limpiar los sustratos o el lado superior de la capa activa, por ejemplo por aclarado. Para ello se puede realizar un lavado alcalino, ácido o HF del lado superior del substrato, es igualmente posible un soplado o similar. Así, se pueden eliminar suciedades así como depósitos, por ejemplo pequeños trozos de astilla por la generación de cavidades, de las cavidades o del fondo de la cavidad. Igualmente pueden ser eliminadas capas de óxido creadas. La limpieza o el aclarado de las cavidades puede ventajosamente también eliminar algo del material activo. Así la superficie de la capa activa es preparada de mejor manera para la aplicación sucesiva del material de contacto.
Ventajosamente es realizado además una dotación del material de la capa colindante a las cavidades o los contactos, por lo tanto en el silicio. Esto puede servir por ejemplo para eliminar nuevamente daños en la capa activa, que se crearon por la producción de la cavidad o la radiación por láser.
En una realización de la invención el material de dotación se añade al material de contacto, por lo tanto se introducen simultáneamente. Con ello hay una gran ventaja que a través de uno y el mismo material, es decir un material común de dotación y de contacto, por lo tanto también sólo con un único paso del procedimiento, se realiza tanto un contacto del substrato como también una dotación del material de la capa activa. Además de las ventajas generales de la dotación puede ser producido además por ello igualmente el contacto frontal. El material de dotación puede ser por ejemplo fósforo, particularmente por lo tanto ser el material de contacto y de dotación NiP. El componente de fósforo sirve durante o después del calentamiento o calentamiento para la dotación de la capa activa. El componente de níquel forma un conductor eléctrico muy bueno para el contacto frontal. Además la resistencia transitoria de níquel a la capa activa silicio es escasa.
El caldeo o calentamiento del material de contacto y de dotación introducido se realiza de forma local muy limitadamente. Según la invención se realiza únicamente en el área de las cavidades o en las cavidades mismas sobre su fondo de cavidad, por lo tanto allí, donde se halla el material de contacto y de dotación... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para el tratamiento de células solares (11) , que muestran sobre un lado superior (14) una capa activa
(13) con una capa antirreflejo (15) encima, con las etapas: 5
- producir varias cavidades (22) en la capa antirreflejo (15) mediante láser (20a) , que llegan hasta la capa activa (13) de debajo,
- introducir material de contacto (30) sólo en las cavidades (22) o sobre el fondo de las cavidades (23) ,
- caldeamiento (20b) o calentamiento del material de contacto (30) en las cavidades (22) para la unión con el material
(25) de la capa activa colindante (13) , con lo cual el calentamiento o caldeamiento del material de contacto (30) tiene lugar localmente sólo en el material de contacto (30) en las cavidades por radiación sólo del material de contacto con un láser (20b) .
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que después de producir las cavidades (22)
en la capa antirreflejo (13) se efectúa una limpieza (27) de las células solares (11) o su lado superior (14) en la capa antirreflejo (13) , preferiblemente para la eliminación de suciedades o depósitos en las cavidades formadas (22) o sobre el fondo de las cavidades (23) .
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la limpieza es un aclarado, 20 preferiblemente un aclarado alcalino o un aclarado HF.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el material de contacto es introducido de manera galvánica, preferiblemente reforzado a través de un procedimiento fotogalvánico.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por el hecho de que el material de contacto es introducido químicamente.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por el hecho de que el material de
contacto es introducido en forma líquida o pastosa por una operación de impresión, preferiblemente a través de un 30 procedimiento de impresión de inyección de tinta.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el material de contacto introducido (30) presenta níquel.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que se realiza una dotación de la capa activa en el área de la cavidad (22) por material de dotación, con lo cual preferiblemente el material de dotación se añade al material de contacto como material de contacto y de dotación (30) .
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el material de dotación presenta 40 fósforo, preferiblemente es fósforo, con lo cual particularmente el material de contacto y de dotación (30) es NiP.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el material de contacto y de dotación (30) aplicado forma contactos (30) o vías de contacto, preferiblemente forma los contactos delanteros de una célula solar (11) , particularmente después del nuevo calentamiento del material (30) .
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que los cantos laterales de las cavidades (22) son aislados, preferiblemente a través de una aplicación de una capa aislante.
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