Procedimiento de fabricación de una célula solar con una doble capa dieléctrica de pasivación superficial y una correspondiente célula solar.

Procedimiento para la fabricación de una célula solar de silicio, que comprende las etapas siguientes: Preparación de un sustrato de silicio

(1);

Deposición de una primera capa dieléctrica (3) sobre una superficie del sustrato de silicio mediante deposición química de vapor secuencial, en donde la primera capa dieléctrica tiene óxido de aluminio;

caracterizado por Deposición de una segunda capa dieléctrica (5) sobre una superficie de la primera capa dieléctrica (3), en donde los materiales de las primera y segunda capas dieléctricas son diferentes y en donde en la segunda capa dieléctrica incluye hidrógeno.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/065067.

Solicitante: INSTITUT FUR SOLARENERGIEFORSCHUNG GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: AM OHRBERG 1 31860 EMMERTHAL ALEMANIA.

Inventor/es: SCHMIDT, JAN, HOEX BRAM DR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Procedimientos o aparatos especialmente adaptados... > H01L21/316 (compuestas de óxidos o de óxidos vítreos o de vidrios a base de óxido)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Detalles de dispositivos semiconductores o de otros... > H01L23/31 (caracterizados por su disposición)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0216 (Revestimientos (H01L 31/041  tiene prioridad))

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Procedimiento de fabricación de una célula solar con una doble capa dieléctrica de pasivación superficial y una correspondiente célula solar.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de fabricación de una célula solar con una doble capa dieléctrica de pasivación superficial y una correspondiente célula solar

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una célula solar con una doble capa dieléctrica de pasivación superficial y a una correspondiente célula solar.

Antecedentes de la invención

Un requisito decisivo para obtener un alto grado de eficacia en las células solares es lograr una supresión muy eficaz de las pérdidas por recombinación superficial. Con este fin, la superficie de las células solares debe estar pasivada de la mejor forma posible, de manera que los pares de portadores de cargas, generados en el interior de la célula solar por la luz incidente y que difunden hacia las superficies del sustrato de la célula solar, no se recombinen en la superficie de la célula solar, con lo cual ya no estarían disponibles para contribuir al grado de eficacia de la célula solar.

En células solares de laboratorio, este problema se resuelve a menudo por el crecimiento de dióxido de silicio a temperatura más elevada (por ejemplo, >9°C). Sin embargo, dado que una etapa procedimental a temperatura elevada de este tipo representa un considerable coste añadido en el procesamiento de las células solares, en la actualidad se suele renunciar a una pasivación superficial de este tipo para la fabricación a nivel industrial de células solares.

Una dificultad adicional de la oxidación a temperatura elevada es la sensibilidad del silicio policristalino, de precio más favorable, a las temperaturas altas, que en este material puede dar lugar a una reducción considerable de la calidad del material, es decir, de la duración de los portadores de carga y, por consiguiente, a pérdidas del grado de eficacia.

Una alternativa a temperatura baja es la pasivación superficial con nitruro de silicio o carburo de silicio amorfos, que se puede llevar a cabo a temperaturas de 3-4°C, por ejemplo, mediante deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD, o "Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition"). Una pasivación superficial de este tipo se describe, por ejemplo, en T. Lauinger et al.: "Record low surface recombination velocities on 1 Qcm p-silicon using remóte plasma Silicon nitride passivation", Appl. Phys. Lett. 68, 1232-1234 (1996), y en I. Martin et al., "Surface passivation of p-type crystalline Silicon by plasma enhanced Chemical vapor deposited amorphous SiCx films", Appl. Phys. Lett. 79, 2199-221 (21). Sin embargo, las capas dieléctricas producidas de esta forma sólo se pueden utilizar de manera limitada en células solares de alta eficiencia de gran superficie, puesto que pueden contener una alta densidad de los llamados "pinholes", es decir pequeños orificios o poros en la capa y, por consiguiente, no se pueden aislar de forma adecuada. Adicionalmente, su efecto de pasivación se basa principalmente en una densidad muy alta de cargas positivas dentro de las capas dieléctricas que puede conducir, por ejemplo, en la pasivación de la cara posterior de las células solares, cuando se usan obleas de silicio de tipo p, a la formación de una capa de inversión, a través de la cual se puede producir la salida de una corriente de pérdida adicional de portadores de cargas minoritarios de la base de la célula solar hacia los contactos de la cara posterior (lo que se denomina "shunt parasitario"). Sobre superficies de silicio p+ con un fuerte dopaje de boro, el nitruro de silicio puede dar lugar incluso a una despasivación a causa de la elevada densidad de carga positiva, en comparación con una superficie p+ no pasivada.

Se han obtenido muy buenas pasivaciones tanto sobre superficies p como p+ con capas de silicio amorfo que también se pueden producir mediante deposición química de vapor asistida por plasma a temperaturas de recubrimiento muy bajas (típicamente, <25°C), tal como se describe, por ejemplo, en S. Dauwe et al.: "Very low surface recombination velocities on p- and n-type Silicon wafers passivated with hydrogenated amorphous Silicon films", Proc. 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., Nueva Orleans, EE.UU. (22), pág. 1246; y en P. Altermatt et al.: "The surface recombination velocity at boron-doped emitters: comparison between various passivation techniques", Proceeding ofthe 21 st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresde (26), pág. 647.

La propiedad de pasivación superficial de estas capas de silicio amorfo puede ser, no obstante, muy sensible a los tratamientos térmicos. En los actuales procesos industriales de células solares, la metalización se lleva a cabo a menudo mediante la técnica de serigrafía en la que típicamente se produce, como última etapa del procedimiento, el recocido de los contactos en un horno continuo de infrarrojos, a temperaturas entre aprox. 8°C y 9°C. Aun cuando las células solares se exponen a estas temperaturas elevadas durante sólo pocos segundos, esta etapa de recocido puede dar lugar a una degradación considerable del efecto de pasivación de las capas de silicio amorfo.

Asimismo, se pueden lograr buenos resultados de pasivación con capas de óxido de aluminio mediante deposición química de vapor secuencial (deposición atómica de capas, ALD), por ejemplo, aprox. a 2°C y recocidas a continuación aprox. a 425°C. Por lo general, en la deposición química de vapor secuencial dentro de un ciclo de deposición, por lo general sólo se deposita un único estrato molecular de material que se debe depositar sobre la superficie del sustrato. Dado que un ciclo de deposición tiene una duración típica de aprox. ,5 a 4 segundos, se

obtienen velocidades de deposición correspondientemente bajas. La deposición de capas de óxido de aluminio con un grosor adecuado para ser usado como capa antirreflectante o como reflector de la cara posterior requiere, por lo tanto, duraciones de deposición que han hecho pensar que, hasta la fecha, el uso de estas capas en células solares fabricadas a escala industrial no es interesante desde el punto de vista comercial.

El documento US 26/157733 A1, así como Hoex et al.: "Excellent passivation of highly doped p-type Si surfaces by negative-charge-dielectric AI2O3", 11 de septiembre, 27 (27-9-11), Applied Physics Letters vol. 91, página 11217, describen procedimientos de pasivación de una superficie de silicio de una célula solar que comprenden la deposición de una capa dieléctrica compuesta por óxido de aluminio.

Compendio de la invención

Puede existir la necesidad de una célula solar y de un procedimiento de fabricación de una célula solar en la/el que, por una parte, se pueda lograr una buena pasivación de la superficie de la célula solar y, por otra parte, se puedan evitar al menos parcialmente los inconvenientes anteriormente mencionados de las actuales capas de pasivación superficial. En especial, se debe lograr la posibilidad de una producción de células solares que sea viable a escala industrial y tenga un costo favorable, con una muy buena pasivación superficial.

Este requisito se puede satisfacer mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se describen formas de realización convenientes de la presente invención.

Según un primer aspecto de la presente invención, se propone un procedimiento para la fabricación de una célula solar de silicio que comprende las etapas siguientes: puesta a disposición de un sustrato de silicio; deposición de una primera capa dieléctrica sobre una superficie del sustrato de silicio mediante deposición química de vapor secuencial, en la que la primera capa dieléctrica comprende óxido de aluminio; y deposición de una segunda capa dieléctrica sobre una superficie de la primera capa dieléctrica,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la fabricación de una célula solar de silicio, que comprende las etapas siguientes:

Preparación de un sustrato de silicio (1);

Deposición de una primera capa dieléctrica (3) sobre una superficie del sustrato de silicio mediante deposición química de vapor secuencial, en donde la primera capa dieléctrica tiene óxido de aluminio; caracterizado por

Deposición de una segunda capa dieléctrica (5) sobre una superficie de la primera capa dieléctrica (3), en donde los materiales de las primera y segunda capas dieléctricas son diferentes y en donde en la segunda capa dieléctrica incluye hidrógeno.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que para la deposición de la primera capa dieléctrica, el sustrato de silicio se somete a un tratamiento inicial con un compuesto que contiene aluminio y que posee al menos alguno de los componentes AI(CH3)3, AICI3, AI(CH3)2CI y (CH3)2(C2H5)N:AIH3, de manera que sobre la superficie del sustrato de silicio se deposita una capa que contiene aluminio, y en donde, a continuación, la capa que contiene aluminio se oxida en una atmósfera que contiene oxígeno.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la segunda capa dieléctrica contiene un material seleccionado del grupo que comprende nitruro de silicio, óxido de silicio y carburo de silicio.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la segunda capa dieléctrica se fabrica por medio de un procedimiento PECVD.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la segunda capa dieléctrica se deposita de tal manera que tiene una fracción de hidrógeno de al menos 1% en átomos, preferiblemente de al menos 2% en átomos y, más preferiblemente, de al menos 5% en átomos.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que tras la deposición de la segunda capa dieléctrica, se lleva a cabo una etapa a temperatura elevada, a temperaturas mayores que 6°C, preferiblemente mayores que 7°C y, más preferiblemente, mayores que 8°C.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la primera capa dieléctrica se deposita con un grosor menor que 5 nm, preferiblemente menor que 3 nm y, más preferiblemente, menor que 1 nm.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la segunda capa dieléctrica se deposita con un grosor mayor que 5 nm, preferiblemente mayor que 1 nm y, más preferiblemente, mayor que 15 nm.

9. Célula solar que posee: un sustrato de silicio (1);

una primera capa dieléctrica (3) que tiene óxido de aluminio, sobre una superficie del sustrato de silicio (1); caracterizada por

una segunda capa dieléctrica (5) sobre una superficie de la primera capa dieléctrica (3),

en donde los materiales de las primera y segunda capas dieléctricas son diferentes, y en donde la segunda capa dieléctrica incluye hidrógeno.

1. Célula solar según la reivindicación 9, en la que la primera capa dieléctrica se deposita por deposición química de vapor secuencial, de modo que es esencialmente compacta a nivel atómico.

11. Célula solar según las reivindicaciones 9 o 1, en la que la segunda capa dieléctrica contiene un material seleccionado del grupo que comprende nitruro de silicio, óxido de silicio y carburo de silicio.

12. Célula solar según una de las reivindicaciones 9 a 11, en la que la primera capa dieléctrica tiene un grosor menor que 5 nm, preferiblemente menor que 3 nm y, más preferiblemente, menor que 1 nm.

13. Célula solar según una de las reivindicaciones 9 a 12, en la que la segunda capa dieléctrica tiene un grosor mayor que 5 nm, preferiblemente mayor que 1 nm y, más preferiblemente, mayor que 15 nm.