Método de formar una célula solar de película delgada basada en silicio,

que comprende disponer una capa de conversión fotoeléctrica en un panel translúcido, formar una capa de bajo índice de refracción basada en silicio de tipo n sobre la capa de conversión fotoeléctrica, formar una capa interfaz basada en silicio de tipo n sobre la capa de bajo índice de refracción basada en silicio, en donde la capa de bajo índice de refracción basada en silicio tiene un índice de refracción no mayor que 2,5 a una longitud de onda de 600 nm, y en donde la capa de bajo índice de refracción basada en silicio tiene un espesor de no menor que 30 nm.

Campo de la técnica

La presente invención se refiere a una celda solar de película delgada basada en silicio, y en particular a una celda solar de película delgada que permite la demostración del efecto de captura de la luz mediante la disposición de una capa que tiene un índice de refracción más pequeño que un índice de refracción de la capa de conversión fotoeléctrica en el lado posterior de una capa de conversión fotoeléctrica observado desde el lado incidente de la luz.

Antecedentes de la técnica

En los últimos años, han llegado a usarse varias células solares de película delgada, además de células solares de película delgada amorfa convencional, también se han desarrollado células solares de película delgada cristalina y además también se empiezan a utilizar células solares de película delgada híbrida obtenidas estratificando juntas estas células solares.

Las células solares de película delgada comprenden, en general, un primer electrodo, una o más unidades de conversión fotoeléctrica de película delgada semiconductora, y un segundo electrodo estratificado en un orden sobre un sustrato. Y una unidad de conversión fotoeléctrica comprende una capa de tipo i emparedada entre una capa de tipo p y una capa de tipo n.

La capa de tipo i es sustancialmente una capa semiconductora intrínseca, ocupa un gran porcentaje del espesor de la unidad de conversión fotoeléctrica y después el efecto de conversión fotoeléctrica se genera principalmente dentro de esta capa de tipo i. Por esta razón, esta capa de tipo i se denomina habitualmente capa de conversión fotoeléctrica de tipo i, o simplemente capa de conversión fotoeléctrica. La capa de conversión fotoeléctrica no se limita a una capa semiconductora intrínseca, sino que puede ser una capa obtenida, al ser dopada, dentro de un intervalo en el que la pérdida de luz absorbida con la impureza de dopaje no cause problemas, en un tipo p o en un tipo n en un intervalo de cantidad muy pequeño. Aunque una capa de conversión fotoeléctrica más gruesa sea más preferible para la absorción de luz, una capa más gruesa de lo necesario puede causar el resultado de incrementar el coste de formación de película y de tiempo para la producción.

Por otra parte, las capas de tipo conductividad de un tipo p o de un tipo n muestran la función de generar un potencial de difusión en una unidad de conversión fotoeléctrica, una magnitud de este potencial de difusión influye en un valor de un voltaje de circuito abierto como una de las características importantes de una célula solar de película delgada. Sin embargo, estas capas de tipo conductividad son capas inertes que no contribuyen directamente a la conversión fotoeléctrica, y así luz absorbida con la impureza de dopaje en la capa de tipo conductividad da una pérdida que no contribuye a la generación de energía eléctrica. Por tanto, las capas de tipo conductividad del tipo p y del tipo n se mantienen preferiblemente para el espesor más pequeño posible dentro de un intervalo para la generación de un potencial de difusión suficiente.

Aquí, en lo anteriormente mencionado, una unidad de conversión fotoeléctrica de tipo p-i-n (n-i-p) o una célula solar de película delgada, cuando una capa de conversión fotoeléctrica que ocupa una parte principal es amorfa, se llama unidad amorfa o célula solar de película delgada amorfa, y cuando una capa de conversión fotoeléctrica sea cristalina, se llama unidad cristalina o célula solar de película delgada cristalina, sin tener en cuenta si las capas de tipo conductividad de tipo p y tipo n incluidas en dicho lugar son amorfas o cristalinas.

Como método para mejorar la eficiencia de conversión de una célula solar de película delgada, puede mencionarse un método de estratificar dos o más unidades de conversión fotoeléctrica para obtener una unidad tándem. En este método, una unidad frontal que comprende una capa de conversión fotoeléctrica con una banda prohibida mayor está dispuesta en un lado incidente de la luz de una célula solar de película delgada, y una unidad posterior que comprende una capa de conversión fotoeléctrica con una banda prohibida más pequeña está dispuesta en un orden en el lado posterior de la unidad frontal, y esta configuración permite de ese modo la conversión fotoeléctrica sobre un amplio intervalo de onda de una luz incidente, y logra la mejora en la eficiencia de la conversión como célula solar global. Entre tales células solares tándem, especialmente una célula solar con una unidad de conversión fotoeléctrica amorfa y una unidad de conversión fotoeléctrica cristalina estratificadas juntas se denomina célula solar de película delgada híbrida.

Por ejemplo, en un lado de longitud de onda mayor, una silicona amorfa de tipo i muestra función de conversión fotoeléctrica a una longitud de onda de luz de hasta aproximadamente 800 nm, mientras que una silicona cristalina de tipo i puede mostrar función de conversión fotoeléctrica con una luz de longitud de onda mayor de aproximadamente 1100 nm. Sin embargo, aunque puede realizarse una uniforme absorción de luz con un espesor suficiente de aproximadamente no mayor que 0,3 micrómetros en una capa de conversión fotoeléctrica de silicona amorfa con un coeficiente de absorción de luz mayor, en una capa de conversión fotoeléctrica de silicona cristalina con un coeficiente de absorción de luz menor, para absorber completamente luz de una longitud de onda mayor, la capa tiene preferiblemente un espesor de aproximadamente 1,5 a 3 micrómetros. Es decir, habitualmente una capa de conversión fotoeléctrica cristalina tiene preferiblemente un espesor de aproximadamente 5 a 10 veces tan ancho como un espesor de una capa de conversión fotoeléctrica amorfa.

En una célula solar de película delgada monomolecular de silicio amorfo, y también en la célula solar de película delgada híbrida anteriormente mencionada, un espesor de una capa de conversión fotoeléctrica se mantiene deseablemente lo más pequeño posible, desde un punto de vista de mejora de la productividad, es decir, de la reducción de los costes. Por esta razón, generalmente, se emplea una estructura utilizando lo que se denomina efecto de captura de la luz en el que una disposición de una capa con un menor índice de refracción que el índice de refracción de una capa de conversión fotoeléctrica, en el lado posterior de la capa de conversión fotoeléctrica observada desde el lado incidente de la luz permite la reflexión eficaz de luz de una longitud de onda particular. Una disposición en un lado posterior de una capa de conversión fotoeléctrica observada desde un lado incidente de la luz significa una disposición que contacta con la capa de conversión fotoeléctrica en un lado de la cara posterior, o una disposición en un lado de una cara posterior en un estado de emparedar otra cara dispuesta sobre una cara posterior de la capa de conversión fotoeléctrica.

El informe oficial de la patente japonesa abierta a consulta por el público nº 02-73672 describe una estructura de una célula solar en la que un primer electrodo translúcido, una película delgada semiconductora de silicio amorfo (en lo sucesivo denominada simplemente película delgada semiconductora), una película de óxido de cinc con un espesor de menos que 1200 angstrom, un segundo electrodo no translúcido (electrodo metálico) se estratifican en este orden desde un lado incidente de la luz. La película de óxido de cinc tiene la función de impedir un siliciuro formado en una interfaz entre la película delgada semiconductora y el electrodo metálico incrementa la pérdida de absorción. Ya que existe una diferencia de índice de refracción entre la película de óxido de cinc y la película delgada semiconductora, un espesor de película de óxido de cinc limitado a un intervalo de menos que 120 nm y preferiblemente a un intervalo de 30 nm a 90 nm tiene el efecto de mejorar la reflectancia en una interfaz de película delgada semiconductora/la película de óxido de cinc. Por esta razón, una densidad de corriente de cortocircuito de la célula solar y consecuentemente mejora la eficiencia de conversión. Sin embargo, ya que la película de óxido de cinc se forma por una técnica de deposición catódica, de pulverización, etc., se requieren diferentes instalaciones de las que para la película delgada semiconductora formada en general por métodos CVD de plasma, etc., que conducen a la aparición de problemas de elevación del coste de instalación y un tacto de producción más largo. Además, pueden aparecer problemas que, especialmente, emplean el método... [Seguir leyendo]

1. Método de formar una célula solar de película delgada basada en silicio, que comprende disponer una capa de conversión fotoeléctrica en un panel translúcido, formar una capa de bajo índice de refracción basada en silicio de tipo n sobre la capa de conversión fotoeléctrica, formar una capa interfaz basada en silicio de tipo n sobre la capa de bajo índice de refracción basada en silicio, en donde la capa de bajo índice de refracción basada en silicio tiene un índice de refracción no mayor que 2,5 a una

longitud de onda de 600 nm, y en donde la capa de bajo índice de refracción basada en silicio tiene un espesor de no menor que 30 nm.

2. El método según la reivindicación 1, en el que un elemento constituyente, excluido el silicio, que existe de forma más abundante, de la capa de bajo índice de refracción basada en silicio es no menor que 25% atómico.

3. El método según la reivindicación 2, en el que el elemento constituyente que existe de forma más abundante es oxígeno.

4. El método según la reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa de bajo índice de refracción basada en silicio 15 comprende un componente de silicio cristalino en la capa.

5. El método según la reivindicación 1 a la reivindicación 4, en el que la capa interfaz basada en silicio tiene un espesor no mayor que 15 nm.

6. El método según la reivindicación 5, en el que la capa interfaz basada en silicio comprende un componente de silicio cristalino en la capa.