Célula solar.

Célula solar que comprende una capa semiconductora (1) con un primer dopado,

una capa inductora (3)dispuesta sobre la capa semiconductora (1) y una capa de inversión (4) o capa de acumulación (4),inducida por la capa inductora (3) en la capa semiconductora (1), por debajo de la capa inductora (3),estando hecha la capa inductora (3) esencialmente por completo con un material con una densidad decarga superficial de al menos 1012 cm-2, preferentemente de al menos 5·1012 cm-2, de forma especialmentepreferente de al menos 1013 cm-2, caracterizada porque la capa inductora (3) está dispuesta directamentesobra la capa semiconductora (1).

Célula solar.

La invención se refiere a una célula solar con una capa de inversión o capa de acumulación.

Con el fin de separar los portadores de carga libres en un semiconductor, donde dichos portadores de carga han sido generados por luz incidente, las células solares de semiconductores habitualmente comprenden regiones semiconductoras fabricadas en diferentes materiales y/o dopadas con diferentes materiales de dopado. Entre las dos regiones semiconductoras, que en regla se denominan base y emisor, se forma entonces una heterounión y/o una unión pn en la cual se separan los portadores de carga libres produciendo así una tensión derivable.

Adicional o alternativamente al dopado, la base y el emisor también se pueden producir induciendo portadores de carga en una región superficial de un semiconductor dopado con el fin de producir en dicha región una capa de inversión o capa de acumulación. De forma similar a la de un transistor de efecto de campo, en el semiconductor dopado, debido a la flexión de banda, los portadores de carga mayoritarios adicionales son arrastrados hacia la región superficial para formar una capa de acumulación, o los portadores de carga minoritarios son arrastrados hacia adentro mientras los portadores de carga mayoritarios son empujados afuera de la región superficial con el fin de lograr una inversión de portadores de carga, formando así una capa de inversión. Al mismo tiempo, como resultado de la formación de la capa de inversión o capa de acumulación, se logra una pasivación de la superficie semiconductora, ya que, debido al desplazamiento de un tipo de portador de carga, se reduce la recombinación de portadores de carga en defectos superficiales.

El nitruro de silicio (SiNx) , que se utiliza en las llamadas células solares MIS (semiconductor de aislante metálico) , es conocido como material con el que se puede producir una capa de inversión o una capa de acumulación. En esta disposición, una capa inductora hecha de SiNx se aplica sobre una capa semiconductora. Debido a la densidad de carga superficial positiva de la capa de SiNx, en una región superficial de la capa semiconductora se produce una capa de inversión o una capa de acumulación, dependiendo del dopado de la capa semiconductora. Al mismo tiempo, la capa de inversión o capa de acumulación se puede utilizar para la pasivación superficial y como capa emisora, actuando la capa semiconductora como una capa base.

Las capas inductoras hechas de materiales convencionales como SiNx tienen la desventaja de que sólo permiten una pequeña inversión de portadores de carga o acumulación de portadores de carga. Esto resulta en una capa de inversión o capa de acumulación con sólo una pequeña conductividad lateral. Además, no forman capas que produzcan una pasivación adecuada, de modo que el procesamiento de la superficie semiconductora debe satisfacer unos requisitos estrictos, en particular en caso de superficies no cristalinas.

El documento US 4.253.881 se refiere a células solares de semiconductores aislantes metálicos (MIS) y a células solares de capa de inversión. En una realización, la célula solar conocida comprende dos capas aislantes en la cara delantera de su sustrato semiconductor. Las capas aislantes comprenden una capa de óxido de silicio formada directamente sobre el sustrato semiconductor y un nitruro de silicio depositado sobre la capa de SiO2. Esta segunda capa aislante está hecha de modo que presenta una alta densidad de carga superficial de 5·1012 - 7·1012 cm-2.

El documento “p Inversion Layer Si Solar Cells...”, D. König y col., es una ponencia que se refiere a células solares que tienen capas de inversión. Esta estructura de célula solar comprende una capa de silicio tipo n cubierta por una capa de AIF3. La capa de inversión tipo p se induce por debajo de la capa de AIF3, dentro de la capa de silicio debido a la carga superficial negativa de la capa de AIF3.

Los documentos DE 10 2005 040 871 A1 y “Two-dimensional Modeling of...”, M. M. Hilali y col., se refieren a la producción y modelización computacional de células solares emitter wrap through (EWT) .

En la publicación “Silicon Nitride for the Improvement...”, R. Hezel, los autores analizan los efectos de diversos parámetros de deposición sobre la densidad de carga superficial de capas de nitruro de silicio. En un caso ilustrativo, se estudió en qué medida la densidad de carga superficial de una capa de nitruro de silicio depende de la temperatura de deposición, informándose de una densidad de carga máxima de 7·1012 cm-2. En cuanto al sistema experimental, la capa de nitruro de silicio está dispuesta sobre una capa de dióxido de silicio nativo que cubre la capa de silicio.

El documento US 5.125.984 describe una célula solar con una capa semiconductora donde se induce una capa de inversión. De acuerdo con una realización, se describe una estructura de célula solar que tiene una capa semiconductora tipo p cubierta por una capa de nitruro de silicio y una capa antirreflectante. La capa de nitruro de silicio se deposita de modo que contiene cargas positivas que inducen una capa de cargas negativas en la capa semiconductora subyacente, dando así una capa de inversión inducida.

El objeto de la invención es obtener una célula solar con una capa de inversión o capa de acumulación que comprenda una conductividad lateral elevada. Además se debe mejorar la pasivación superficial de la célula solar.

De acuerdo con la invención, este objeto se alcanza mediante una célula solar con las características indicadas en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican realizaciones ventajosas de la invención.

La invención se basa en el reconocimiento de que una alta densidad de carga superficial de al menos 1012 cm-2, preferentemente de al menos 1013 cm-2, no sólo puede inducir capas de inversión y capas de acumulación de conductividad lateral elevada, sino que también conduce a una mejor pasivación superficial. La inducción o no inducción de una capa de inversión o una capa de acumulación no sólo depende del tipo y la intensidad de cualquier dopado de la capa semiconductora, sino también del signo y la intensidad de las cargas inducidas mediante la capa inductora. La capa inductora puede comprender una densidad de carga superficial positiva o negativa.

Preferentemente, la capa de inversión está hecha esencialmente por completo del material con la densidad de carga superficial mencionada. Además, resulta ventajoso, aunque no es obligatorio, disponer la capa inductora directamente sobre la capa semiconductora. También se pueden disponer otras capas intermedias entre la capa inductora y la capa semiconductora, utilizándose estas capas intermedias para mejorar la unión y/o influir en características mecánicas y/o electrónicas de la célula solar.

Cuando se indica que la capa de inversión está hecha esencialmente de un material determinado, esto significa en particular que la capa de inversión puede comprender trazas de otros materiales debido a imperfecciones en el proceso de fabricación, en las materias primas o similares.

Un posible método para producir una célula solar de este tipo comprende proporcionar una capa semiconductora, por ejemplo en forma de oblea semiconductora o de capa fina, que ha sido depositada por vapor sobre un sustrato. Entonces se aplica la capa inductora a esta capa semiconductora. No obstante, también se puede concebir la secuencia inversa, aplicándose la capa inductora sobre el sustrato, pudiendo comprender la capa inductora una capa colectora o una capa de contacto. Después se aplica la capa semiconductora a esta capa inductora.

En esta disposición, la capa semiconductora puede estar total o parcialmente dopada, por ejemplo en una región donde se ha de inducir la capa de inversión o la capa de acumulación. Debido a la densidad de carga superficial de la capa inductora, en la capa semiconductora se produce una flexión de banda, conduciendo esta flexión de banda a la separación de los portadores de carga libres que surgen del semiconductor.

Para recoger los portadores de carga así divididos debe existir un contacto de la célula solar como parte del método de fabricación. En esta disposición, con la adecuada selección del material, la capa inductora puede actuar como capa túnel o se pueden formar regiones túnel en la capa inductora. La capa de inversión o la capa de acumulación inducida también puede actuar como campo de superficie trasera (back-surface field - BSF) . Además, una capa de acumulación inducida ofrece la ventaja de aumentar la conductividad lateral de las mayorías en la capa semiconductora que actúa como absorbente.... [Seguir leyendo]

1. Célula solar que comprende una capa semiconductora (1) con un primer dopado, una capa inductora (3) dispuesta sobre la capa semiconductora (1) y una capa de inversión (4) o capa de acumulación (4) , inducida por la capa inductora (3) en la capa semiconductora (1) , por debajo de la capa inductora (3) , estando hecha la capa inductora (3) esencialmente por completo con un material con una densidad de carga superficial de al menos 1012 cm-2, preferentemente de al menos 5·1012 cm-2, de forma especialmente preferente de al menos 1013 cm-2, caracterizada porque la capa inductora (3) está dispuesta directamente sobra la capa semiconductora (1) .

2. Célula solar según la reivindicación 1, caracterizada porque la capa tampón (3) está hecha esencialmente de un material con una densidad de carga superficial negativa.

3. Célula solar según la reivindicación 1, caracterizada porque la capa inductora (3) comprende óxido de aluminio.

4. Célula solar según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque en la capa semiconductora (1) se forma una capa de difusión (5) por debajo de la capa inductora (3) , estando la capa de inversión (4) o capa de acumulación (4) , inducida por la capa inductora (3) , formada total o parcialmente en la capa de difusión (5) .

5. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa inductora (3) está formada sin poros.

6. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa inductora (3) está formada por deposición de capas atómicas.

7. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa inductora (3) tiene un espesor de entre 0, 1 y 10 nm, preferentemente de entre 0, 1 y 5 nm.

8. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa inductora (3) se extiende esencialmente sobre una superficie completa de la capa semiconductora (1) .

9. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa semiconductora (1) comprende silicio cristalino o amorfo.

10. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque sobre un lado de la capa inductora (3) orientado en sentido opuesto a la capa semiconductora (1) se dispone una capa conductora (7) .

11. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque sobre un lado de la capa inductora (3) orientado en sentido opuesto a la capa semiconductora (1) se dispone otra capa semiconductora (1) cristalina o amoría.

12. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la célula solar está diseñada como una célula solar de contacto trasero.

13. Célula solar según la reivindicación 11, caracterizada porque está diseñada como una célula solar emitter wrap through.

14. Célula solar según la reivindicación 12, caracterizada porque la capa inductora (3) se extiende total o parcialmente sobre las paredes de los poros (12) de la célula solar emitter wrap through.

15. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa inductora (3) se extiende sobre la capa semiconductora (1) en los poros (12) únicamente sobre una superficie de la célula solar y/o sobre ambas superficies de la célula solar.