- Célula solar de heterocontacto en estructura de ca- pas con un absorbedor de material semiconductor cristalino dopado tipo p o n,

un emisor de un material semiconductor amorfo dopado en sentido contrario al absorbedor, una capa intermedia intrínseca de un material semiconductor amorfo entre el absorbedor y el emisor, una capa de cubierta sobre el lado del absorbedor vuelto hacia la luz, una capa que forma un campo de superficie reflectante de portadores de carga minoritaria, una estructura de contactado óhmico con una superficie minimizada de producción de sombra en el lado del absorbedor vuelto hacia la luz y una estructura de con- tactado óhmico en el lado del absorbedor alejado de la luz, caracterizada por - una formación de la capa intermedia intrínseca (IZS) con un espesor de capa di que asciende a unos pocos nm, - una formación del emisor (EM) con un espesor de capa ddop en un intervalo comprendido entre 20 nm y 40 nm, - una formación del absorbedor (AB) como zona activa con un espesor de capa dAB en el rango de nm a m, - una formación de la capa de cubierta (DS) de nitruro de silicio con un espesor de capa dDS en un rango de 70 nm, estando configurada la capa de cubierta (DS) como capa antirreflejos transparente (ARS) y también como una capa de pasivación (PS) que forma un campo de superficie (FSF) reflectante de portadores de carga minoritaria, - una disposición del emisor (EM) en una geometría in- vertida de su estructura de capas sobre el lado in- ferior (LU) del absorbedor (AB) que queda alejado de la luz, - una penetración de la capa de cubierta (DS) por la estructura de contactado óhmico (OKS) aplicada sobre el lado superior (LO) del absorbedor (AB) que queda null vuelto hacia la luz, y - una formación de gran superficie de la otra estruc- tura de contactado óhmico (UKS) sobre el emisor (EM) aplicada sobre el lado inferior (LU) del absorbedor (AB) que queda alejado de la luz

La invención se refiere a una célula solar de hetero-contacto en estructura de capas con un absorbedor de material semiconductor cristalino dopado tipo p o n, un emisor 5 de un material semiconductor amorfo dopado en sentido con-trario al absorbedor, una capa intermedia intrínseca de ma-terial semiconductor amorfo entre el absorbedor y el emisor, una capa de cubierta en el lado del absorbedor vuelto hacia la luz, una capa que forma un campo de superficie reflectan-10 te de portadores de carga minoritaria, una estructura de contactado óhmico con una superficie de producción de sombra minimizada en el lado del absorbedor vuelto hacia la luz y una estructura de contactado óhmico en el lado del absorbe-dor alejado de la luz. 15

Estado de la técnica

Las células solares de heterocontacto con silicio cris-talino y amorfo están adquiriendo cada vez más importancia técnica. La construcción usual de una célula solar de hete-rocontacto es conocida, por ejemplo, por la Publicación I de 20 K. Brendel et al.: "Interface properties of a-Si:H/c-Si heterostructures" (Annual Report 2003, Hahn-Meitner-Institut, 78/79). En el lado vuelto hacia la luz del absor-bedor central hecho de silicio cristalino p-dopado (c-Si(p)) y silicio microcristalino (c-Si) están dispuestos un emisor 25 de silicio amorfo "aleado" con hidrógeno o enriquecido en éste, n-dopado, (a-Si:H(n+)), y una capa de óxido conductivo transparente (TCO), como capa de cubierta, debajo de contac-tos frontales en forma de dedos. El emisor dispuesto en el lado superior del absorbedor vuelto hacia la luz absorbe ra-30 diación y ésta, por consiguiente, ya no puede alcanzar el absorbedor. En el lado inferior alejado de la luz se encuen-tra entre el absorbedor y un contacto de retorno de superfi-cie completa una capa de silicio amorfo enriquecido con hidrógeno y altamente p-dopado (a-Si:H(p+)) para formar un 35

campo de superficie reflectante de portadores de carga mino-ritaria (campo de superficie posterior BSF). El documento US 4,620,058 describe una célula solar con capas cristalinas y amorfas.

Al igual que en cualquier tipo de célula solar, la 5 célula solar de heterocontacto con geometría conocida de su estructura de capas, con un posicionamiento del emisor sobre el lado superior del absorbedor vuelto hacia la luz, adolece también de pérdidas en la conversión de la energía luminosa, que penetra en la célula solar, en energía eléctrica. En 10 principio, las zonas amorfas, debido a su estructura desor-denada, muestran peores propiedades de transporte para por-tadores de carga que las zonas cristalinas. Un proceso de pérdida en la cadena de transformación consiste en que no todos los fotones de la radiación incidente en una zona "ac-15 tiva" de la célula solar se convierten en pares de electro-nes/agujeros. Por "zona activa" ha de entenderse aquí el área de la célula solar en la que se pueden acumular los electrones y los agujeros debido a una longevidad suficien-temente grande y a continuación pueden escapar a través de 20 los sistemas de contactado óhmico. Condición previa necesa-ria para una célula solar que trabaje eficientemente es que se absorba en la zona activa una proporción de radiación lo más grande posible. En células solares de heterocontacto está zona activa es el absorbedor de silicio cristalino, 25 mientras que el emisor altamente dopado de silicio amorfo, a través del cual incide la luz en el absorbedor, se puede de-nominar, por el contrario, "zona inactiva", puesto que los electrones y los agujeros generados en esta capa tienen tan sólo una longevidad relativamente pequeña y, por tanto, ape-30 nas pueden acumularse. Debido al alto coeficiente de absor-ción del material amorfo del emisor se absorbe en el emisor una considerable proporción de la luz solar incidente.

Para reducir los procesos de pérdida citados en células solares de heterocontacto con una geometría convencional de 35

su estructura de capas que lleva un emisor en el lado supe-rior del absorbedor vuelto hacia la luz, es conocido por el documento EP 1 187 223 A2, del cual parte la invención como estado de la técnica más próximo, para la llamada célula so-lar "HIT" (heterounión con capa delgada intrínseca) de la 5 firma Sanyo, el recurso de reducir el espesor del emisor de silicio amorfo altamente dopado, teniendo que mantenerse un espesor de capa mínimo de 5 nm para la formación completa del heterocontacto pn, o bien reducir la absorción de luz en el emisor por medio de un agrandamiento del hueco de banda. 10 A este fin, se alea el silicio amorfo del emisor con carbo-no. La célula solar de heterocontacto del tipo genérico ex-puesto, revelada en el documento EP 1 187 223 A2, presenta una estructura de capas con una pastilla de silicio crista-lino dopado tipo n en el centro como absorbedor. A ambos la-15 dos del absorbedor está constituido un heterocontacto a base de capas de silicio amorfo contiguas. En el lado del absor-bedor vuelto hacia la luz están previstas dos capas interme-dias intrínsecas, el emisor amorfo y un electrodo conductivo transparente (ITO) como capa de cubierta. En el lado del ab-20 sorbedor alejado de la luz están previstas delante de un electrodo colector de retorno, para formar un BSF, al menos dos capas amorfas adicionales, de las cuales una está sin dopar y la otra, al igual que el absorbedor, está dopada en tipo n, pero fuertemente. La célula solar de heterocontacto 25 presenta en ambos lados unos sistemas de contactado de forma de rejilla sobre las capas ITO colectoras de portadores de carga.

Por tanto, la célula solar HIT conocida presenta una capa conductiva transparente (TCO, ITO) sobre el lado supe-30 rior vuelto hacia la luz para evacuar las cargas acumuladas en el emisor amorfo peor conductor. La Publicación II de A. G. Ulyashin et al.: "The influence of the amorphous silicon deposition temperature on the efficiency of the ITO/a-Si:H/c-Si Heterojunction (HJ) solar cells and properties of 35

interfaces" (Thin Solid Films 403-404 (2002) 259-362) permi-te deducir que la deposición de esta capa conductiva trans-parente sobre el emisor amorfo está bajo la sospecha de que empeora las propiedades electrónicas en la superficie límite entre el silicio amorfo y cristalino (emisor/absorbedor). 5

Asimismo, se conoce por el documento DE 100 45 249 A1 una célula solar cristalina en la que el emisor cristalino está dispuesto en el lado del observador que queda alejado de la luz. Este emisor se ha configurado allí en forma de tira aplicando un proceso de fabricación a alta temperatura 10 y se interacopla con tiras cristalinas de dopado opuesto que forman un BSF. Esta estructura semiconductora interdigital puramente cristalina se puede generar solamente en un proce-so de fabricación muy complicado y sirve para el exclusivo contactado del lado posterior, en el que ambas estructuras 15 de contactado óhmico están dispuestas en el lado inferior de la célula solar alejado de la luz y están también entrelaza-das una con otra. Por debajo de la capa antirreflejos pre-vista en el lado superior del absorbedor que queda vuelto hacia la luz, cuya capa está integrada en un encapsulado, la 20 célula solar conocida presenta todavía una capa de pasiva-ción adicional que sirve para reducir la recombinación de portadores de carga generados por la luz en el lado delante-ro de la célula solar, pero absorbe también adicionalmente luz. Otras células solares interdigitales son conocidas tam-25 bién por el documento US 4.927.770 con zonas emisoras muy pequeñas y por el documento US 2004/0200520 A1, en el que están previstas zonas emisoras más grandes en hoyos. En am-bas células solares interdigitales conocidas se ha previsto también en el lado superior vuelto hacia la luz, aparte de 30 una capa de pasivación y una capa antirreflejos, una capa frontal dopada para formar un campo de superficie reflectan-te de portadores de carga minoritaria (campo de superficie frontal FSF). En particular, la capa que forma el campo de superficie actúa con fuerte absorción cuando se trata de una 35

capa de Si fuertemente dopada y reduce así la incidencia de la luz en la zona activa de la célula solar y el rendimiento de portadores de carga. Sin embargo, en el lado vuelto hacia la luz es de especial importancia la formación de un FSF, ya que aquí, debido a la fuerte incidencia de la luz, se produ-5 ce una alta generación de portadores de carga cuya recombi-nación tiene que ser minimizada.

Se conoce igualmente por el documento DE 100 42 733 A1 una célula solar de capa delgada también puramente cristali-na con un superestrato...

1. Célula solar de heterocontacto en estructura de ca-pas con un absorbedor de material semiconductor cristalino dopado tipo p o n, un emisor de un material semiconductor amorfo dopado en sentido contrario al absorbedor, una capa 5 intermedia intrínseca de un material semiconductor amorfo entre el absorbedor y el emisor, una capa de cubierta sobre el lado del absorbedor vuelto hacia la luz, una capa que forma un campo de superficie reflectante de portadores de carga minoritaria, una estructura de contactado óhmico con 10 una superficie minimizada de producción de sombra en el lado del absorbedor vuelto hacia la luz y una estructura de con-tactado óhmico en el lado del absorbedor alejado de la luz, caracterizada por

- una formación de la capa intermedia intrínseca (IZS) 15 con un espesor de capa di que asciende a unos pocos nm,

- una formación del emisor (EM) con un espesor de capa ddop en un intervalo comprendido entre 20 nm y 40 nm,

- una formación del absorbedor (AB) como zona activa 20 con un espesor de capa dAB en el rango de nm a m,

- una formación de la capa de cubierta (DS) de nitruro de silicio con un espesor de capa dDS en un rango de 70 nm, estando configurada la capa de cubierta (DS) como capa antirreflejos transparente (ARS) y también 25 como una capa de pasivación (PS) que forma un campo de superficie (FSF) reflectante de portadores de carga minoritaria,

- una disposición del emisor (EM) en una geometría in-vertida de su estructura de capas sobre el lado in-30 ferior (LU) del absorbedor (AB) que queda alejado de la luz,

- una penetración de la capa de cubierta (DS) por la estructura de contactado óhmico (OKS) aplicada sobre el lado superior (LO) del absorbedor (AB) que queda 35

vuelto hacia la luz, y

- una formación de gran superficie de la otra estruc-tura de contactado óhmico (UKS) sobre el emisor (EM) aplicada sobre el lado inferior (LU) del absorbedor (AB) que queda alejado de la luz. 5

2. Célula solar según la reivindicación 1, caracteri-zada porque están formadas en el absorbedor (AB), por debajo de la estructura de contactado (OKS) que atraviesa la capa de cubierta transparente (DS), unas zonas (n+) reflectantes de portadores de carga. 10

3. Célula solar según la reivindicación 1 ó 2, carac-terizada porque el absorbedor (AB) consiste en silicio cris-talino dopado tipo n (n c-Si), el emisor (EM) consiste en silicio amorfo dopado tipo p (p a-Si:H) y la capa intermedia intrínseca (IZS) consiste en silicio amorfo no dopado (i a-15 Si:H).

4. Célula solar según cualquiera de las reivindicacio-nes 1 a 3, caracterizada porque una estructura de contacto óhmico (OKS) en el lado superior (LO) del absorbedor (AB) que queda vuelto hacia la luz está configurada en forma de 20 dedos o rejilla de contacto (KG) de plata (Ag) y la otra es-tructura de contactado óhmico (UKS) está realizada en forma de una delgada capa metálica plana (MS) de oro (Au).

5. Célula solar según cualquiera de las reivindicacio-nes 1 a 4, caracterizada porque el absorbedor (AB) consiste 25 en una pastilla autoportante.

6. Célula solar según cualquiera de las reivindicacio-nes 1 a 5, caracterizada porque están previstas una cons-trucción de capa fina para las capas de la célula solar (SZ) y un substrato de vidrio portante en el lado inferior (LU) 30 del absorbedor (AB) que queda alejado de la luz.