Procedimiento para la producción de una estructura compuesta estratificada fotoactiva con un macroabsorbente en forma de un substrato de silicio dopado y con un gran número de nanoemisores rectificadores en forma de nanoporos provistos de un metal de revestimiento,

los cuales se encuentran por lo menos en una capa de óxido, transparente y aislante de la electricidad, sobre el macroabsorbente, con las siguientes etapas del procedimiento, siendo aplicados todos los potenciales que aparecen frente a un electrodo saturado de calomelanos: I) Producción de nanoporos - Inmersión de un substrato de silicio dopado no tratado en un primer baño de inmersión con una solución de electrólito que contiene ftalatos a un potencial catódico y con elevación del potencial hasta llegar a un potencial anódico previamente establecido, en cuyo caso bajo iluminación constante se ajusta una corriente fotoeléctrica constante, y extracción del substrato de silicio previamente tratado en la región de la corriente fotoeléctrica constante, II) Profundización de los nanoporos - Inmersión del substrato de silicio previamente tratado en un segundo baño de inmersión con una solución alcalina de electrólito mediando realización de una primera medición cronoamperométrica y extracción del substrato de silicio tratado entremedias en un cierto momento con una corriente oscura decreciente y con un potencial catódico constante, y III) Revestimiento con un metal de los nanoporos - Inmersión del substrato de silicio tratado entremedias en un tercer baño de inmersión con un electrólito redox que contiene el ion del metal del revestimiento mediando realización de una segunda medición cronoamperométrica y extracción del substrato de silicio tratado finalmente, en un cierto momento con una corriente oscura decreciente y con un potencial catódico constante

Procedimiento para la producción de una estructura compuesta estratificada fotoactiva El invento se refiere a un procedimiento para la producción de una estructura compuesta estratificada fotoactiva con un macroabsorbente en forma de un substrato de silicio dopado y con un gran número de nanoemisores rectificadores en forma de nanoporos provistos de un material de revestimiento, que se encuentran situados sobre el macroabsorbente por lo menos en una capa de óxido, transparente y aislante de la electricidad.

En el caso de la producción fotovoltaica de corriente eléctrica o de combustibles, la eficiencia de la conversión de la irradiación solar en corriente eléctrica o en un combustible tiene una importancia decisiva. Con el fin de obtener un rendimiento óptimo, junto a una disminución de las pérdidas por reflexión y recombinación, se pretende en particular una disminución de las pérdidas por sombreado y un mejoramiento de la recolección de luz. Los sombreados de la superficie irradiada con luz aparecen en particular mediante los contactos frontales, mediante la capa conductora transparente, conductora de la electricidad, por ejemplo de ITO, y mediante la capa emisora en el caso de elementos constructivos fotovoltaicos en forma de pilas solares del tipo de Schottky con un contacto de cuerpos sólidos entre la capa semiconductora dopada y una capa metálica rectificadora. Para una transformación eficiente de la energía fotovoltaica entre los contactos de cuerpos sólidos, la capa emisora se aplica por regla general en forma de una capa cerrada, pero en un espesor de capa muy pequeño, sobre la capa semiconductora que trabaja como una base o respectivamente como un absorbente.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En el documento de solicitud de patente alemana DE 103 47 401 A1 se describe una estructura compuesta estratificada fotoactiva, en la que unos nanoemisores metálicos están dispuestos como revestimientos metálicos en una capa de óxido, nanoestructurada, por el lado orientado hacia la luz de un macroabsorbente que absorbe luz. Los nanoemisores evitan, a causa de sus dimensiones situadas dentro de la región de los nanómetros, un sombreado aminorador de la eficiencia de la capa semiconductora absorbente situada debajo de ellos. A los emisores en el elemento constructivo fotovoltaico les corresponde la misión de recolectar y derivar los portadores minoritarios de cargas que se han producido en la capa semiconductora mediante incidencia de fotones en la zona del contacto de cuerpos sólidos entre el metal y la capa semiconductora absorbente, de manera tal que ellos pueden ser evacuados a través de una capa conductora y de contactos asociados. El contacto de cuerpos sólidos entre un metal y un semiconductor forma una barrera de Schottky, que no necesita ningún dopaje de la capa emisora. Por consiguiente, en el caso de la producción de la estructura compuesta estratificada fotoactiva se suprime la segunda etapa de dopaje, muy costosa, (la primera concierne al dopaje de la capa semiconductora) , que debe de ser dopada en alto grado como un proceso realizado a una alta temperatura y también todavía debe de ser colocada con alta exactitud, pero a pesar de todo solamente puede salir de un modo relativamente poco nítido. Unos emisores metálicos con nanodimensiones (comprendidas de manera preferida entre 10 nm y 100 nm) no se conocían hasta ahora a partir del estado de la técnica. La nanoestructuración necesaria es producida de manera preferida mediante una indentación mecánica de la capa de óxido, siendo producida individualmente cada abertura. El grado de la eficiencia depende por consiguiente de la densidad y de la profundidad de las indentaciones incorporadas individualmente. Una nanoestructuración mediante ataque químico es ciertamente también posible, pero en este caso el proceso de producción no es controlable de manera suficiente.

A partir de la PUBLICACIÓN I “Study of surface morphology of electrochemically etched n-Si electrodes at different anodic potentials” [Estudio de la morfología superficial de electrodos de n-Si atacados electroquímicamente con diferentes potenciales anódicos] de J. Jakubowicz (Cr y st. Res. Technol. 38 Nº 3-5, 313-319 (2003) ) es conocido que aparecen modificaciones de la morfología superficial en el caso de un n-silicio después de una anodización con diferentes estados de tensión eléctrica en una solución de fluoruro de amonio. En el caso de una tensión eléctrica más alta, aparece una formación de óxido de silicio. A 6 V se pueden comprobar de modo continuado oscilaciones de corriente eléctrica junto al electrodo de Si en la solución acuosa de NH4F. Éstas se atribuyen a la formación y a la disolución cíclicas de óxido de silicio. En este caso la superficie se modifica entre lisa y áspera en dependencia de los picos de corriente eléctrica que aparecen.

La formación de nanoporos. organizada espontáneamente, en óxido de silicio en condiciones de oscilación de corriente fotoeléctrica se describe en primer lugar en la PUBLICACIÓN II “Self-organized nanostructures on silicon for photovoltaic applications” [nanoestructuras organizadas espontáneamente sobre silicio para aplicaciones fotovoltaicas” de H.J Lewerenz y colaboradores (HMI Annual report [Informe anual del HMI] 2005, páginas 90-91) y siguiendo cronológicamente en el RESUMEN I “Nanotopography on self-organized structure formation on silicon” [nanotopografía en una formación de estructura organizada espontáneamente sobre silicio] de K. Skorupska y colaboradores (ECS Meeting [Congreso del ECS] -2006, Denver, EE.UU 07-12 de Mayo de 2006) , en el RESUMEN II “Photoactive Metal-Silicon Nanocomposite by Electrochemical Self Organization” [Nanoestructura compuesta fotoactiva de metal-silicio por organización espontánea electroquímica] de K. Skorupska y colaboradores (Resumen 0088 del ECS 210, Noviembre de 2006) , en la PUBLICACIÓPN III “Electrochemically Induced Self-organized Nanostructures on Silicon for Realization of a Novel Nanoemitter Solar Cell Concept” [Nanoestructuras organizadas espontáneamente, inducidas electroquímicamente sobre silicio para la realización de un nuevo concepto de pila solar con nanoemisores] de K. Skorupska y colaboradores (ECS Trans 2, 1 2007) y en la PUBLICACIÓN IV “Photoactive Silicon-Based Nanostructure by Self-Organized Electrochemical Processing” [Nanoestructura fotoactiva basada en silicio por tratamiento electroquímico espontáneamente organizado] de M. Aggour y colaboradores (J. of ECS, 154 (9) H794-H797, 2007) .

Las publicaciones mencionadas en último término, en particular la PUBLICACIÓN IV, forman el estado de la técnica más próximo para el invento. A partir de todas ellas se conoce un procedimiento para la producción de una estructura compuesta estratificada fotoactiva con un macroabsorbente y con un gran número de nanoemisores en forma de nanoporos provistos de un metal de revestimiento, que se encuentran por lo menos en una capa de óxido, transparente y aislante de la electricidad, sobre el macroabsorbente. En este caso, el procedimiento se realiza en tres etapas y se compone de un primer proceso electroquímico de inmersión de un substrato de silicio para la generación de una formación de nanoporos organizada espontáneamente en una capa de óxido, de un segundo proceso electroquímico de inmersión para la profundización de la formación de nanoporos, organizada espontáneamente, en el substrato de silicio, y de un tercer proceso electroquímico de inmersión para la deposición de un metal en la nanoestructuración profundizada. A partir de las publicaciones mencionadas se conoce sin embargo exclusivamente una producción de la formación de nanoporos, organizada espontáneamente, en un electrólito que contiene fluoruro, que se basa en el efecto de la oscilación de corriente (foto) eléctrica en una capa de óxido que ha crecido en la zona anódica. En el caso de la oscilación de corriente (foto) eléctrica, junto a electrodos de silicio en un electrólito que contiene fluoruro de amonio a un potencial anódico de aproximadamente +6 V se forma un óxido, cuyo espesor fluctúa periódicamente de modo integral (es decir a lo largo de la superficie total del electrodo) según sea la fase de la oscilación cronológica. A pesar de una densidad media de óxido de aproximadamente 8 nm hasta 10 nm fluye una corriente fotoeléctrica. Se pudo mostrar que la corriente se realiza por el hecho de que el óxido tiene unos nanoporos hacia abajo hasta llegar a la capa semiconductora, los cuales están rellenos con el electrólito. De esta manera se establece un contacto capaz de conducir la electricidad entre el electrólito y el substrato... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de una estructura compuesta estratificada fotoactiva con un macroabsorbente en forma de un substrato de silicio dopado y con un gran número de nanoemisores rectificadores en forma de nanoporos provistos de un metal de revestimiento, los cuales se encuentran por lo menos en una capa de óxido, transparente y aislante de la electricidad, sobre el macroabsorbente, con las siguientes etapas del procedimiento, siendo aplicados todos los potenciales que aparecen frente a un electrodo saturado de calomelanos:

I) Producción de nanoporos

- Inmersión de un substrato de silicio dopado no tratado en un primer baño de inmersión con una solución de electrólito que contiene ftalatos a un potencial catódico y con elevación del potencial hasta llegar a un potencial anódico previamente establecido, en cuyo caso bajo iluminación constante se ajusta una corriente fotoeléctrica constante, y extracción del substrato de silicio previamente tratado en la región de la corriente fotoeléctrica constante,

II) Profundización de los nanoporos

- Inmersión del substrato de silicio previamente tratado en un segundo baño de inmersión con una solución alcalina de electrólito mediando realización de una primera medición cronoamperométrica y extracción del substrato de silicio tratado entremedias en un cierto momento con una corriente oscura decreciente y con un potencial catódico constante, y

III) Revestimiento con un metal de los nanoporos

- Inmersión del substrato de silicio tratado entremedias en un tercer baño de inmersión con un electrólito redox que contiene el ion del metal del revestimiento mediando realización de una segunda medición cronoamperométrica y extracción del substrato de silicio tratado finalmente, en un cierto momento con una corriente oscura decreciente y con un potencial catódico constante.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,

CARACTERIZADO POR

una solución de electrólito que contiene el hidrógeno-ftalato de potasio en el primer baño de inmersión.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2,

CARACTERIZADO POR

un potencial catódico de -0, 7 V al sumergir el substrato de silicio dopado no tratado en el primer baño de inmersión y/o un potencial anódico en el intervalo de 0 a 1 V al extraer el substrato de silicio previamente tratado a partir del segundo baño de inmersión.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,

CARACTERIZADO POR

una solución de electrólito que contiene lejía de potasa o de sosa en el segundo baño de inmersión.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4,

CARACTERIZADO POR

un potencial catódico de -0, 8 V al sumergir el substrato de silicio previamente tratado en el segundo baño de inmersión y/o una extracción del substrato de silicio tratado entremedias a partir del segundo baño de inmersión después de 900 s.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,

CARACTERIZADO POR

una solución de electrólito que contiene ácido hexacloroplatínico en el tercer baño de inmersión.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6,

CARACTERIZADO POR

un potencial catódico de -4, 0 V al sumergir el substrato de silicio tratado entremedias en el tercer baño de inmersión a lo largo de un período de tiempo de 10 s.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,

CARACTERIZADO POR

un atemperamiento del substrato de silicio tratado previamente.