Procedimiento para la fabricación de una célula solar de heterounión basada en obleas, con contactos en la cara trasera y célula solar de heterounión fabricada con el procedimiento.

Procedimiento para la fabricación de una célula solar de heterounión (18) basada en obleas, con contactos en la cara trasera, con al menos una oblea de absorbedor

(01) y una capa de emisor (12) dispuesta en la cara trasera y realizada como superficie con escotaduras (19) con forma puntual o de banda de materiales semiconductores con dopado opuesto, en el que el contacto de la capa de emisor (12) es establecido mediante un sistema de contacto de 5 emisor (20) por la cara trasera, que presenta una capa de contacto de emisor (13) con escotaduras (22) con forma puntual o de banda congruentes con las escotaduras (19) en la capa de emisor (12), y el contacto de la oblea de absorbedor (01) es establecido mediante un sistema de contacto de absorbedor (21) en la cara trasera que presenta una capa de contacto de absorbedor (17) o rejilla con contactos puntuales o contactos de banda (07) que atraviesan las escotaduras (19, 22) con forma puntual o de banda de la capa de contacto de emisor (13) y de la capa de emisor 10 (12) y en el que ambos sistemas de contacto (20, 21) están aislados eléctricamente uno de otro por una capa de aislamiento (14), con las siguientes etapas de procedimiento:

I. Preparación de la oblea de absorbedor (01),

II. Deposición en una distribución predeterminada de contactos puntuales o de banda (07) metálicos con flancos escarpados (08) sobre la cara trasera (05) de la oblea de absorbedor (01 no prevista para la incidencia de luz (02), de modo que los flancos escarpados (08) son más altos que el espesor de capa total de la capa de emisor (12) y la capa de contacto de emisor (13) que se van a formar,

III. Recubrimiento de los contactos puntuales o de banda (07) con una cubierta de aislamiento (11),

IV. Deposición por toda la superficie de la capa de emisor (12) sobre la cara trasera (05) de la oblea de absorbedor (01)

V. Deposición por toda la superficie de la capa de contacto de emisor (13) sobre la capa de emisor (12) para formar el sistema de contacto de emisor (20),

VI. Dejar al descubierto la cubierta de aislamiento (11) en los flancos escarpados (08) de los contactos puntuales o de banda (07) por retirada selectiva de la capa de contacto de emisor (13) y de la capa de emisor (12),

VII. Deposición por toda la superficie de la capa de aislamiento (14) sobre la capa de contacto de emisor (13), en la que en el borde de la oblea de absorbedor (01) queda al descubierto un puente de contacto estrecho,

VIII. Dejar al descubierto las zonas finales (09) de los flancos escarpados (08) de los contactos puntuales o de banda (07) cubiertos con la capa de aislamiento (14),

IX. Deposición por toda la superficie de la capa de contacto de absorbedor (17) o rejilla sobre la capa de aislamiento (14) y las zonas finales (09) descubiertas de los flancos escarpados (08) de los contactos puntuales o de banda (07) para la formación del sistema de contacto de absorbedor (21) y

X. Establecimiento de contacto de la célula solar de heterounión (18) a través del puente de contacto del sistema de contacto de emisor (20) y la capa de contacto de absorbedor (17) del sistema de contacto de absorbedor (21).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2009/001404.

Solicitante: HELMHOLTZ-ZENTRUM BERLIN FUR MATERIALIEN UND ENERGIE GMBH.

Inventor/es: STANGL, ROLF.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/18 (Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/068 (siendo las barreras de potencial únicamente del tipo PN a homounión, p.ej. células solares PN a homounión de sílice homogéneo o de láminas de sílice policristalino)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/02 (Detalles)

PDF original: ES-2524044_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la fabricación de una célula solar de heterounión basada en obleas, con contactos en la cara trasera y célula solar de heterounión fabricada con el procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una célula solar de heterounión basada en obleas, con contactos en la cara trasera, con al menos una oblea de absorbedor y una capa de emisor dispuesta en la cara trasera, realizada como superficie con escotaduras con forma puntual o de banda, de materiales semiconductores con dopado opuesto, en el que el contacto de la capa de emisor puede ser establecido mediante un sistema de contacto de emisor por la cara trasera que presenta una capa de contacto de emisor con escotaduras con forma puntual o de banda congruentes con las escotaduras en la capa de emisor, y el contacto de la oblea de absorbedor es establecido mediante un sistema de contacto de absorbedor por la cara trasera que presenta una capa de contacto de absorbedor o rejilla con contactos puntuales o de banda que atraviesan las escotaduras con forma puntual o de banda de la capa de contacto de emisor y la capa de emisor, y en el que ambos sistemas de contacto están aislados eléctricamente uno de otro por una capa de aislamiento.

Las células solares son elementos de construcción que transforman la luz en energía eléctrica. Normalmente se componen de materiales semiconductores que contienen zonas o capas de diferente conductividad para portadores de carga positivos y negativos, zonas conductoras de tipo n o tipo p. Las zonas son denominadas emisor (capa de emisor) y absorbedor (capa de absorbedor, oblea de absorbedor). Los portadores de carga positivos y negativos en exceso generados por la luz incidente en el absorbedor son separados en la transición p-n entre el emisor y el absorbedor y pueden ser recogidos y evacuados por los sistemas de contacto unidos conduciendo la electricidad a las zonas de emisor y absorbedor respectivas. La portadores de carga mayorltarlos en exceso del absorbedor son recogidos y evacuados por un sistema de contacto de absorbedor (sistema de contacto de portadores de carga mayorltarlos) y los portadores de carga minoritarios en exceso del absorbedor son recogidos y evacuados por el emisor y por un sistema de contacto de emisor que contacta con este (sistema de contacto de portadores de carga minoritarios). A la energía eléctrica utilizable de células solares contribuyen correspondientemente solo aquellos portadores de carga en exceso que llegan a los sistemas de contacto y no se recomblnan antes con un portador de carga de polaridad opuesta respectivo.

Las células solares que tienen contactos por la cara trasera presentan ambos sistemas de contacto para la recogida separada de portadores de carga minoritarios y mayoritarios en exceso de la oblea de absorbedor por la cara de la célula solar alejada de la luz. Esto tiene en principio la ventaja esencial de que solo este lado de la oblea de absorbedor tiene que ser preparado para establecer contacto, mientras que el otro lado queda sin procesar en lo que se refiere al establecimiento de contacto. Si la oblea de absorbedor es de calidad electrónica suficientemente buena, es decir, la longitud de difusión efectiva de los portadores de carga minoritarios es mayor que el espesor de la oblea, entonces los sistemas de contacto que evacúan la corriente pueden estar situados en el lado trasero de la célula solar alejado de la luz. De esto resultan en particular ventajas, en primer lugar no se producen pérdidas por sombra por un sistema de contacto dispuesto por el lado frontal, lo que conduce a una mejora en la eficiencia de la célula solar, y en segundo lugar es posible una simple y buena pasivación por toda la superficie de la cara frontal de la célula solar que da a la luz para evitar aquí de forma efectiva y sencilla una recombinación de las cargas en exceso. Además, puede establecerse fácilmente el contacto de las células solares con contactos por la cara trasera a módulos y poseen un alto atractivo estético.

Sin embargo, las células solares con contactos en la parte trasera convencionales presentan varias desventajas. Sus procedimientos de fabricación son generalmente costosos. En algunos procedimientos son necesarias vahas etapas de enmascaramiento, vahas etapas de decapado y/o vahas etapas de evaporación para realizar el sistema de contacto de absorbedor separado eléctricamente del sistema de contacto de emisor en la cara trasera de la oblea. Además, las células solares con contactos en la cara trasera convencionales a menudo sufren cortocircuitos locales provocados por ejemplo por capas de inversión entre el absorbedor y el emisor o por falta de aislamiento entre los contactos, lo que conduce a una reducción del grado de eficiencia de la célula solar.

Estado de la técnica

Un concepto del establecimiento de contacto unilateral por la cara trasera viene representado por el uso de protuberancias superficiales, conocido por ejemplo por el documento DE 41 43 83 A1. En él, el primer y segundo sistemas de contacto están dispuestos directamente o sobre una capa de aislamiento en una superficie de sustrato semiconductora que presenta protuberancias (por ejemplo, realizadas con forma piramidal, cónica o cilindrica), de modo que las protuberancias al menos por zonas han sido recubiertas con material de pasivación y a continuación son liberadas de este por zonas para la colocación de los sistemas de contacto. Por el documento DE 4143 84 A1 es conocido en primer lugar pasivizartoda la superficie del sustrato estructurada, y luego retirar de nuevo la capa de pasivación en la zona de las protuberancia. Por el documento DE 11 42 481 A1 es conocido disponer estas protuberancias en forma de nervios en la cara inferior del sustrato semiconductor activo y dotar a cada flanco de nervio de un sistema de contacto por vaporización dirigida. Parte de este concepto es, por tanto, siempre la generación de protuberancias en la base del sustrato, que luego son procesadas de diferentes maneras. Por el documento DE 1 25 4 871 A1 es conocida una célula solar con contactos por la cara trasera en la que tanto el contacto de emisor como el contacto de absorbedor están aislados eléctricamente uno de otro por flancos en los que

fue retirada por decapado una metalización aplicada anteriormente por toda la superficie. Las zonas dopadas n y p para contactar están dispuestas o bien alternando solo por la cara trasera de la oblea o por la cara delantera y trasera de la oblea, de modo que la zona dopada por la cara delantera de la oblea es llevada mediante canales de oblea a la cara trasera de la oblea.

Otro concepto del establecimiento de contacto por la cara trasera para el sistema basado en obleas es el establecimiento de contacto puntual (PC). Aquí, los dos sistemas de contacto en la cara trasera de la célula solar en forma de puntos se mantienen muy pequeños para reducir la corriente inversa de saturación, aumentando así la tensión en circuito abierto de la célula solar. Por el documento US 5.468.652 es conocido por ejemplo un establecimiento de contacto puntual, en el que la capa de emisor dispuesta por la cara superior que da a la luz de la oblea de absorbedor es puesta en contacto con un sistema de contacto en la cara trasera de la oblea por contacto puntual a través de la oblea de absorbedor. En este caso, este sistema de contacto está dispuesto al lado del sistema de contacto para la derivación de los portadores de carga mayoritarios de la capa de absorbedor.

El estado de la técnica del que parte la presente invención está descrito en el documento US 26/13891 A1. Se da a conocer una célula solar de heterounión con contactos en la cara trasera con una oblea de absorbedor y una capa de emisor dispuesta en la cara trasera y realizada como superficie con escotaduras... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la fabricación de una célula solar de heterounión (18) basada en obleas, con contactos en la cara trasera, con al menos una oblea de absorbedor (1) y una capa de emisor (12) dispuesta en la cara trasera y realizada como superficie con escotaduras (19) con forma puntual o de banda de materiales semiconductores con dopado opuesto, en el que el contacto de la capa de emisor (12) es establecido mediante un sistema de contacto de emisor (2) por la cara trasera, que presenta una capa de contacto de emisor (13) con escotaduras (22) con forma puntual o de banda congruentes con las escotaduras (19) en la capa de emisor (12), y el contacto de la oblea de absorbedor (1) es establecido mediante un sistema de contacto de absorbedor (21) en la cara trasera que presenta una capa de contacto de absorbedor (17) o rejilla con contactos puntuales o contactos de banda (7) que atraviesan las escotaduras (19, 22) con forma puntual o de banda de la capa de contacto de emisor (13) y de la capa de emisor (12) y en el que ambos sistemas de contacto (2, 21) están aislados eléctricamente uno de otro por una capa de aislamiento (14), con las siguientes etapas de procedimiento:

I. Preparación de la oblea de absorbedor (1),

II. Deposición en una distribución predeterminada de contactos puntuales o de banda (7) metálicos con flancos escarpados (8) sobre la cara trasera (5) de la oblea de absorbedor (1 no prevista para la incidencia de luz (2), de modo que los flancos escarpados (8) son más altos que el espesor de capa total de la capa de emisor (12) y la capa de contacto de emisor (13) que se van a formar,

III. Recubrimiento de los contactos puntuales o de banda (7) con una cubierta de aislamiento (11),

IV. Deposición por toda la superficie de la capa de emisor (12) sobre la cara trasera (5) de la oblea de absorbedor (1)

V. Deposición por toda la superficie de la capa de contacto de emisor (13) sobre la capa de emisor (12) para formar el sistema de contacto de emisor (2),

VI. Dejar al descubierto la cubierta de aislamiento (11) en los flancos escarpados (8) de los contactos puntuales o de banda (7) por retirada selectiva de la capa de contacto de emisor (13) y de la capa de emisor (12),

Vil. Deposición por toda la superficie de la capa de aislamiento (14) sobre la capa de contacto de emisor (13), en la que en el borde de la oblea de absorbedor (1) queda al descubierto un puente de contacto estrecho,

VIII. Dejar al descubierto las zonas finales (9) de los flancos escarpados (8) de los contactos puntuales o de banda (7) cubiertos con la capa de aislamiento (14),

IX. Deposición por toda la superficie de la capa de contacto de absorbedor (17) o rejilla sobre la capa de aislamiento (14) y las zonas finales (9) descubiertas de los flancos escarpados (8) de los contactos puntuales o de banda (7) para la formación del sistema de contacto de absorbedor (21) y

X. Establecimiento de contacto de la célula solar de heterounión (18) a través del puente de contacto del sistema de contacto de emisor (2) y la capa de contacto de absorbedor (17) del sistema de contacto de absorbedor (21).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por deposición de contactos puntuales (7) en forma de agujas (1) o contactos de banda en forma de cuchillas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la etapa de procedimiento adicional: lll A. Limpieza de la cara trasera descubierta (5) de la oblea de absorbedor (1).

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por limpieza mediante decapado selectivo.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la etapa de procedimiento adicional:

I. A. Estructuración de la oblea de absorbedor (1) por la cara delantera (3) prevista para la incidencia de luz (2).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado portexturización de la oblea de absorbedor (1) en la cara frontal (3) por decapado.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por la etapa de procedimiento adicional:

I B. Deposición de al menos una capa de pasivación y/o capa antirreflectante (4) sobre la cara frontal (2) estructurada de la oblea de absorbedor (1).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por deposición PECVD de capas de SÍO2/SÍN como capas de pasivación y/o antirreflectantes (4).

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la etapa de procedimiento adicional:

II A. Producción de arcos entre contactos para la formación de zonas de pasivación de campo locales por debajo de los contactos puntuales o de banda (7).

1. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por recubrimiento de los contactos puntuales o de banda (7) con una cubierta de aislamiento (11) mediante:

Impresión por serigrafia o chorro de tinta con una pasta de aislamiento o

Deposición por toda la superficie de una capa de aislamiento y posterior decapado selectivo mediante una capa de enmascaramiento aplicada con forma puntual o de banda, usando impresión de serigrafia o chorro de tinta

Oxidación electroquímica, en la que los contactos puntuales o de banda están hechos de material oxidable.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por deposición por toda la superficie de la capa de contacto de emisor (13) mediante evaporación por haz de electrones de metal o por Impresión de serigrafia de pastas metálicas.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por en la etapa de procedimiento VI: dejaral descubierto la cubierta de aislamiento (11) en los flancos escarpados (8) de los contactos puntuales o de banda (7) por decapado ajustado en el tiempo.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por deposición por toda la superficie de la capa de aislamiento (14) mediante:

Deposición PECVD o

Aplicación o recubrimiento con rasquetas

Impresión por serigrafia o chorro de tinta o

Recubrimiento por centrifugado (spin-coating) de una resina orgánica o laca fotosensible.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por en la etapa de procedimiento VIII: dejar al descubierto las zonas finales (9) de los flancos escarpados (8) de los contactos puntuales o de banda (7) mediante:

Raspado mecánico o

Decapado selectivo.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la deposición por toda la superficie de la capa de contacto de absorbedor (17) mediante:

Evaporación por haz de electrones de metal o

Impresión por serigrafia de pastas metálicas.