Célula solar de película delgada y procedimiento para su fabricación.

Una célula solar de película delgada con una cara frontal en la que entra la luz y una cara trasera que tiene

- un sustrato (2) de calidad no solar que tiene al menos un agujero (9) pasante que conecta la cara frontalcon la cara trasera;

- al menos una capa (1) de base depositadaactiva de manera fotovoltaica y al menos una capa (1') deemisor formadas al menos en regiones de la cara frontal y enrolladas a través de dicho agujero pasantedesde la cara frontal hasta la cara trasera que proporciona un contacto de emisor de enrollamientopasante (EWT); y

- al menos una región (3) de contacto de emisor y al menos una región de contacto de base en la caratrasera aisladas entre sí.

Célula solar de película delgada y procedimiento para su fabricación La presente invención se refiere a una célula solar de película delgada con la que se hace contacto desde la cara trasera. La invención está basada en una combinación de células solares de película delgada, por ejemplo 5 equivalentes a obleas, con la tecnología de emisor de enrollamiento pasante (EWT) . La presente invención también proporciona un procedimiento para la fabricación de estas células solares.

Durante años se ha conocido en la técnica anterior el desarrollo de las células solares de película delgada. La idea es utilizar un sustrato de coste reducido para ahorrar en costes de material. La célula solar es depositada sobre un sustrato, por ejemplo epitaxialmente con silicio, y la estructura resultante puede ser similar a una célula solar

estándar de oblea.

En la técnica anterior, existen tres tipos de células solares de película delgada dependiendo del tipo de sustrato utilizado.

El primer tipo de sustrato es vidrio, que es popular dado que puede servir con el doble fin de una encapsulación de la célula. Sin embargo, el vidrio se ablanda a temperaturas entre 600 y 700 !C, lo que hace que el vidrio solo sea utilizable para un procesamiento de células a baja temperatura. En general, estas células utilizan óxidos conductores transparentes (TCO) como un contacto de la cara frontal.

Un segundo tipo de sustratos utilizado para células solares de película delgada son los sustratos de alta temperatura, tales como cerámica o silicio de baja calidad, lo que hace que estos sustratos sean procesables en un procesamiento a alta temperatura. Por lo tanto, se pueden conseguir eficacias mucho mayores de las células. Dado que el sustrato no es transparente, la parte frontal de la célula, es decir el lugar por el que entra la luz, debe de ser la cara de la película delgada del sustrato. En esta configuración, la célula se parece a una célula solar de oblea, de ahí el nombre de “equivalente a oblea”.

Para un tercer tipo de célula solar de película delgada, se hace crecer la película delgada sobre un sustrato de alta temperatura y, subsiguientemente, se transfiere a un sustrato de baja temperatura, por ejemplo vidrio.

El antecedente de otro aspecto de la presente invención se refiere a la tecnología de emisor de enrollamiento pasante (EWT) que fue publicada por primera vez por Gee, J. M., W. K. Schubert, et al. (1993) , Emitter-wrap-through solar cell. Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaics Specialists Conference, Louisville, Kentucky, EE. UU., IEEE; Nueva York, Nueva York, EE. UU. El concepto de célula EWT implica crear agujeros pasantes a través del sustrato y extender la capa de emisor a través de estos agujeros, de forma que pueda ser objeto de contacto desde la cara trasera. El contacto de base también debe ser objeto de contacto desde la cara trasera, de manera que se forme un patrón interdigitado de contacto. Se han aplicado diversas técnicas de procesamiento para crear el patrón de contacto trasero, incluyendo barreras de difusión y serigrafiado, contactos definidos por láser y chapado y codifusión de fósforo-aluminio.

W. Jooss et al “Process and technology development for back contact silicon solar cells” IEEE Photovoltaic specialist

conference 29, p. 122-125, XP010666250 (2002) da a conocer una tecnología para células solares de contacto trasero. G Beaucarne et al., 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4 – 8 de septiembre de 2006, Dresde, Alemania, esboza los escenarios futuros en la industria fotovoltaica.

En la actualidad, muchos grupos de investigación están desarrollando técnicas para la fabricación de células solares EWT. Algunos asuntos de especial interés en el trabajo publicado son las diversas técnicas de metalización, por 40 ejemplo fotolitografía, galvanización no electrolítica o serigrafía, las diversas técnicas de estructuración de la cara trasera, por ejemplo definición por láser o codifusión de AI-P, pasivación de la cara trasera, aument de la cobertura del emisor de la cara trasera y el modelado de la célula. La gran mayoría de las tecnologías de EWT están relacionadas con las células solares estándar de oblea de silicio. Se describe un concepto de las células EWT por Thorp, D. (1998) , A Low-temperature Deposited-silicon Selective-emitter-wrap-through Si Solar Cell, Proceedings of

the 2nd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Viena, Austria, Comisión Europea, Ispra, Italia, 1998, con base en una célula EWT estándar de oblea de silicio. Las capas de silicio fueron depositadas a baja temperatura en las mismas a través de los agujeros pasantes desde la cara trasera como capas de contacto. Se aplicó una única capa metálica y luego fue trazada con un láser para formar el patrón interdigitado. Se utilizó una capa dieléctrica adicional para proteger el sustrato, dado que el sustrato no podía ser dañado.

Una ventaja es que se pueden metalizar algunas células solares de película delgada con técnicas de metalización de células solares estándar de oblea. Sin embargo, existe una tendencia industrial hacia el uso de contactos en la cara trasera dado que tiene varios beneficios: no existe sombreado del retículo metálico de contacto; se puede optimizar el emisor para la respuesta azul; se pueden optimizar los contactos para una baja resistencia en serie; la fabricación modular es más sencilla y las células pueden ser empaquetadas más densamente en un módulo.

Por lo tanto, el problema técnico de la presente invención era proporcionar células solares eliminando las desventajas de las células solares mencionadas que tienen una eficacia elevada y proporcionar un procedimiento para su fabricación que es sencillo de realizar y está basado en tecnologías existentes de procesamiento.

Se soluciona este problema técnico por medio de la célula solar con las características de la reivindicación 1 y el 5 procedimiento que tiene las características de la reivindicación 13. Las reivindicaciones dependientes adicionales hacen referencia a realizaciones adicionales.

Según la presente invención, se proporciona una célula solar de película delgada con una cara frontal, es decir, en el lugar por el que entra la luz, y una cara trasera que tiene los siguientes componentes:

∀ un sustrato de calidad no solar que tiene al menos un agujero pasante que conecta la cara frontal y la cara 10 trasera;

∀ al menos una capa de base depositada activa de manera fotovoltaica sobre el sustrato y al menos una capa de emisor formadas al menos en regiones de la cara frontal y enrolladas a través de dicho agujero pasante desde la cara frontal hasta la cara trasera proporcionando un contacto de emisor de enrollamiento pasante (EWT) ; y

∀ al menos una región de contacto de emisor y al menos una región de contacto de base en la cara trasera 15 aisladas entre sí.

Preferentemente, se minimiza o se elimina la fracción de la cara trasera que está cubierta por la capa de emisor.

Por lo tanto, se ha proporcionado una célula solar por primera vez con base en un sustrato sustancialmente fotovoltaicamente activo de coste bajo sobre el que se deposita al menos una base fotovoltaicamente activa y se forman capas de emisor que están enrolladas a través de agujeros pasantes que hacen contacto con la célula solar

desde la cara trasera.

Preferentemente, se deposita al menos una capa de aislamiento entre la región de contacto y la capa de base y/o el sustrato.

Es preferente que la célula solar comprenda, además, en su cara frontal una capa de pasivación que es depositada, preferentemente, sobre la capa de emisor. También preferentemente, esta capa tiene propiedades antirreflectantes y, preferentemente, consiste en un material dieléctrico, por ejemplo dióxido de silicio, carburo de silicio, nitruro de silicio o mezclas de los mismos.

Un primer concepto inventivo de célula solar está basado en un material eléctricamente conductor que, preferentemente, es silicio dopado, por ejemplo silicio de calidad no solar con una baja vida útil del portador minoritaria. En ese caso, el sustrato actúa como una vía de conducción hasta la región de base, es decir, la capa de base. Es necesario que el sustrato conductor tenga que estar enmascarado desde la región de contacto de emisor que está ubicada en la cara trasera de la célula solar. Por lo tanto, se utiliza preferentemente una capa de aislamiento para la separación del sustrato conductor y de la región de contacto de emisor. Se puede depositar tal capa de aislamiento antes de la formación de los agujeros pasantes, al igual... [Seguir leyendo]

1. Una célula solar de película delgada con una cara frontal en la que entra la luz y una cara trasera que tiene ∀ un sustrato (2) de calidad no solar que tiene al menos un agujero (9) pasante que conecta la cara frontal con la cara trasera;

∀ al menos una capa (1) de base depositadaactiva de manera fotovoltaica y al menos una capa (1’) de emisor formadas al menos en regiones de la cara frontal y enrolladas a través de dicho agujero pasante desde la cara frontal hasta la cara trasera que proporciona un contacto de emisor de enrollamiento pasante (EWT) ; y

∀ al menos una región (3) de contacto de emisor y al menos una región de contacto de base en la cara 10 trasera aisladas entre sí.

2. La célula solar de la reivindicación 1, en la que se minimiza o se elimina la fracción de la cara trasera que está cubierta por la capa de emisor.

3. La célula solar de las reivindicaciones 1 o 2, 15 en la que la cara trasera puede ser dañada sin detrimento para el rendimiento de la célula.

4. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el sustrato es sustancialmente fotovoltaicamente inactivo.

5. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

en la que se deposita al menos una capa aislante (5) entre la región de contacto y la capa de base y/o el 20 sustrato.

6. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la célula solar en la cara frontal comprende, además, una capa (6) de pasivación depositada sobre la capa de emisor.

7. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, 25 en la que la capa de pasivación es antirreflectante y consiste en un material dieléctrico.

8. La célula solar de la reivindicación 7, en la que el material dieléctrico está seleccionado del grupo que consiste en óxido de silicio, carburo de silicio, nitruro de silicio y mezclas de los mismos.

9. La célula solar de la reivindicación 8, 30 en la que el sustrato es un material eléctricamente conductor, preferentemente un silicio dopado.

10. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el sustrato es un material eléctricamente aislante y al menos una capa eléctricamente conductora, que está completamente enrollada en torno a dicho sustrato mientras que la capa de emisor no está completamente enrollada, que tiene al menos una región que está libre de una capa de emisor.

11. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la al menos una región de contacto de emisor y al menos una región de contacto de base en la cara trasera están formadas a partir de una capa continua eléctricamente conductora que se estructura subsiguientemente en dichas regiones.

12. La célula solar de cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

en la que el material fotovoltaicamente activo es un semiconductor, en particular un semiconductor del grupo IV, un semiconductor del grupo III/V y un semiconductor del grupo II/VI, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en silicio, GaAs y CdTe.

13. Un procedimiento para la fabricación de una célula solar de película delgada que tiene las siguientes etapas:

a) Depositar o hacer crecer al menos una capa de base fotovoltaicamente activa (11) y formar al menos 45 una capa (1’) de emisor sobre un sustrato (2) de calidad no solar que tiene agujeros (9) pasantes, en el que se aplican las capas sobre la superficie de la cara frontal, en los agujeros pasantes y parcialmente sobre la cara trasera del sustrato;

b) Depositar al menos una capa (5) de aislamiento sobre toda la cara trasera del sustrato; y c) Formar al menos una región de contacto de emisor y al menos una región de contacto de base sobre la 50 cara trasera aisladas entre sí.

14. El procedimiento de la reivindicación 13,

en el que en la etapa c) hay formada al menos una capa metálica sobre la cara trasera y la capa metálica está estructurada en al menos una región de contacto de emisor y al menos una región de contacto de base aisladas entre sí.

15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14,

en el que la deposición en la etapa a) es una deposición química en fase de vapor, una deposición física en fase de vapor, epitaxia en fase líquida y/o una evaporación.

16. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que el crecimiento es un crecimiento de capa epitaxial.

17. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, 10 en el que se deposita una capa (6) de pasivación sobre la cara frontal con posterioridad a la etapa a) .

18. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en el que se deposita una capa de pasivación sobre la cara frontal con posterioridad a la etapa c) .

19. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, en el que se utiliza un sustrato eléctricamente conductor.

20. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, en el que se utiliza un sustrato eléctricamente aislante.

21. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, en el que en la etapa a) se deposita la al menos una capa de base y, con posterioridad, se forma la al menos una capa de emisor mediante difusión.

22. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, en el que en la etapa a) se depositan in situ la al menos una capa de base y la al menos una capa de emisor.