PROCEDIMIENTO PARA EL PROCESAMIENTO DE PRECISIÓN DE SUSTRATOS Y SU USO.

Procedimiento para la microestructuración, dopado y al menos aplicación por zonas de una capa de nucleación simultáneos de sustratos,

en el que se conduce un haz láser dirigido a una superficie del sustrato por las zonas que se van a procesar del sustrato, estando cubierto el sustrato al menos en las zonas del sustrato que se van a procesar por un líquido que contiene reactivo de procesamiento, caracterizado porque como reactivo de procesamiento están contenidos en el líquido un agente decapante, un dopante, al menos un compuesto metálico y un agente reductor

La invención se refiere a un procedimiento para la microestructuración, dopado y al menos aplicación por zonas de una capa de nucleación simultáneas, de forma particular para la microestructuración de capas finas, la incorporación de dopantes localmente así como la aplicación local de una capa de nucleación metálica, en el que se hace incidir un láser asistido por líquidos, es decir, una irradiación láser de un sustrato, que esta cubierto en las zonas que se van a procesar por un líquido reactivo adecuado. Según cada aplicación se pueden ajustar a este respecto el líquido, la fuente láser así como los parámetros del procedimiento. De forma particular se puede usar el procedimiento con distintas combinaciones de láser-productos químicos para el procesamiento de celdas solares, microestructurándose capas dieléctricas y simultáneamente o sucesivamente se puede realizar además un dopado local y una deposición de capa de nucleación para el contacto dieléctrico.

La fabricación de celdas solares está relacionada con una pluralidad de etapas de proceso para el procesamiento de precisión de obleas. Para ello se consideran, entre otros, la difusión de emisores, la aplicación de una capa dieléctrica así como su microestructuración, el dopado de la oblea, la aplicación de un contacto en la cara posterior, la aplicación de una capa de nucleación así como su engrosamiento.

En la microestructuración de capas dieléctricas de celdas solares convencionales se aplica en la mayoría de los casos un proceso de quemado, en el que se quema una pasta de impresión que contiene frita de vidrio aplicada localmente mediante una etapa de temperatura a aproximadamente 800 a 900º C a través de la capa de SiNx subyacente. De forma alternativa la capa de SiNx se ablaciona localmente mediante irradiación con un láser y se separa a continuación químicamente por vía húmeda de los daños en cristal generados.

En la microestructuración para procesos de enmascaramiento se selecciona normalmente una forma de proceder en varias etapas, por ejemplo, mediante impresiones de una pasta resistente y una etapa química por vía húmeda subsiguiente. Además se separa a continuación la pasta de enmascaramiento químicamente por vía húmeda. De forma análoga es posible una microestructuración mediante fotolitografía, es decir, aplicación (pulverización/centrifugación) de una pintura sensible a la luz, exposición a luz de la estructura deseada mediante una máscara de sombras, desarrollo y desprendimiento de las zonas expuesta a luz (pintura positiva) o no expuestas a luz (pintura negativa), separación química por vía húmeda o con técnicas de plasma de la capa dieléctrica en las zonas abiertas, separación química por vía húmeda de la pintura.

En el dopado de emisores selectivos se hace reaccionar un emisor selectivo en una concepción de celda solar de BP Solar. Mediante la irradiación láser se ejecutan hendiduras en la cara anterior recubierta con SiNx, separándose químicamente por vía húmeda los daños por láser generados y llevándose a cabo a continuación mediante una difusión de POCl3 el dopado local (de emisores selectivos).

El estado de la técnica más novedoso lo representa a este respecto el concepto de dopado por láser (Ametowobla M., Esturo-Bretön A., Köhler J.R., Werner J.H.: "Laser Processing of Silicon Solar Cells", IEEE (2005)). A este respecto se aplica sobre la superficie de la oblea una capa cerrada de una sustancia que contiene fósforo, que configura ahí durante una etapa de templado un vidrio de silicato de fósforo. Se incorpora el fósforo en el silicio mediante calentamiento local con ayuda de un haz láser. El vidrio de fósforo se debe separar tras la etapa de dopado en una etapa parcial adicional por lo general mediante decapado con mezclas de ácido fluorhídrico.

El estado de la técnica en la aplicación de contactos en las capas delanteras de celdas solares clásicas es la impresión de capas de SiNx con una pasta metálica que contiene frita de vidrio, que contiene por lo general plata o estaño como metal de contacto. Como técnica de impresión preferente sirve a este respecto el procedimiento de serigrafiado. Tras la aplicación se seca la pasta en primer lugar, incorporando el disolvente orgánico y luego se quema a temperaturas elevadas (900º C). A continuación de esta etapa de sinterizado la frita de vidrio ataca la capa de SiNx, se desprende localmente y hace posible con ello la configuración de un contacto silicio-metal. El contacto metálico se puede engrosar para la reducción de la resistencia a la conducción a continuación por vía galvánica, antes de que se puedan soldar los contactos de las caras delanteras.

Es desventajoso en este procedimiento la elevada resistencia de contacto a que da lugar la frita de vidrio (> 10-3 cm2) y las elevadas temperaturas de proceso requeridas que pueden reducir la calidad de las capas de pasivación, así como también el sustrato de silicio.

Una posibilidad favorable de abrir localmente la capa de SiNx consiste en el uso de fotolitografía combinada con procedimientos de decapado químico por vía húmeda. A este respecto se aplica en primer lugar una capa de laca fotosensible sobre la oblea y se estructura mediante irradiación UV. Esto es seguido de una etapa de decapado químico por vía húmeda en un sistema de productos químicos que contiene ácido fluorhídrico, que elimina el SiNx en las posiciones en las que se abrió la laca fotosensible. Una gran desventaja de este procedimiento es el enorme despliegue técnico y los costes relacionados. Además no se puede conseguir con este procedimiento suficiente rendimiento para la producción de celdas solares comerciales. Adicionalmente con algunos nitruros no se puede usar el procedimiento aquí descrito ya que las tasas de decapado de los sistemas de decapado usados son demasiado bajas en el marco de parámetros dados en el procedimiento químico por vía húmeda clásico.

El principio de la remoción exenta de daños del nitruro de silicio en este procedimiento se basa en que el haz láser calienta el nitruro de silicio con una elección adecuada de los parámetros del láser, de modo que se da una reacción con el ácido fosfórico conducido junto con el chorro de líquido, mientras que por debajo de la capa de nitruro de silicio subyacente permanece a salvo del ataque la capa emisora de silicio de algunos nanómetros de espesor.

De este modo se pueden abrir puntos de contacto en el nitruro de silicio de forma más económica que con los demás procedimientos aquí descritos. Sin embargo se mantiene sin resolver el problema de un contacto metálico con resistencia de contacto lo más baja posible. La configuración de un contacto metálico se realiza ya en este caso en etapas de proceso subsiguientes adicionales.

La deposición de níquel sin corriente se prefiere en la actualidad a la deposición galvánica de níquel debido a múltiples ventajas, de las cuales son de citar sobre todo algunos aspectos (Pearlstein, F: Electroless Plating in: "Modern Electroplating", 3ª edición, Ed.: Frederick Lowerheim, Wiley (1974), 710-744):

- Es posible una deposición más uniforme sin preferencia por zonas o cantos expuestos topográficamente.

- Las capas que se han depositado sin corriente poseen menores porosidades que las depositadas galvánicamente.

- No se requiere introducción de corriente y puesta en contacto. Esto significa una simplificación técnica considerable frente a la deposición galvánica.

- Son también posibles deposiciones directas sobre materiales no conductores.

- Las capas depositadas poseen propiedades químicas y mecánicas uniformes.

Son componentes esenciales de baños de níquel:

1) Una sal de níquel, por ejemplo, NiCl2 (x H2O), NiSO4 ·(x H2O), etc.

2) Un agente reductor (sobre todo un hipofosfito, H2PO2-o boranos, por ejemplo B2H6)

3) Una o varias sales de ácidos orgánicos, que son formadores de complejos para iones de Ni y simultáneamente tampones.

Como ejemplos son de citar aquí: distintos citratos, tartratos, lactatos, acetatos, etc.

El proceso de deposición se realiza mediante deshidrogenación catalítica de hipofosfito unido a una transferencia de iones hidruro sobre la superficie catalítica y a continuación reacción de iones hidruro con iones de Ni2+ .

Los baños de níquel clásicos para la deposición sin corriente de níquel... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la microestructuración, dopado y al menos aplicación por zonas de una capa de nucleación simultáneos de sustratos, en el que se conduce un haz láser dirigido a una superficie del sustrato por las zonas que se van a procesar del sustrato, estando cubierto el sustrato al menos en las zonas del sustrato que se van a procesar por un líquido que contiene reactivo de procesamiento, caracterizado porque como reactivo de procesamiento están contenidos en el líquido un agente decapante, un dopante, al menos un compuesto metálico y un agente reductor.

2. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sustrato se selecciona del grupo constituido por silicio, vidrio, metal, cerámica, plástico y sus compuestos.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el haz láser se regula activamente en forma de pulso temporal y/o espacial, particularmente en forma de cabeza plana, perfil en M o pulso rectangular.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dopante se selecciona del grupo constituido por compuestos de fósforo, boro, galio, nitrógeno, arsénico y antimonio y mezclas de los mismos, de forma particular POCl3, en una oblea de silicio como sustrato para el dopado al menos por zonas del sustrato.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque antes del procesamiento de precisión se deposita al menos una capa dieléctrica, de forma particular seleccionada del grupo constituido por SiNx, SiO2, MgF2, TiO2 y SiCx sobre el sustrato para la pasivación.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizada porque en el procesamiento de precisión se realiza una microestructuración de la capa dieléctrica, de forma particular se abre la capa dieléctrica mediante tratamiento con un láser seco o un láser dirigido por chorro de agua y/o la capa dieléctrica se abre mediante tratamiento con el láser y el reactivo de procesamiento es un agente decapante que presenta sobre la capa dieléctrica un mayor efecto decapante que sobre el sustrato.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque la capa dieléctrica se abre mediante tratamiento con el láser y porque el reactivo de procesamiento es un agente decapante, de forma particular seleccionado del grupo constituido por H3PO4, KOH, HF/HNO3, compuestos de cloro y ácido sulfúrico, con el que se refinan los daños en el sustrato.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente decapante y el agente reductor contienen uno y el mismo elemento químico en diferentes estados de oxidación.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente reductor contiene un aldehído.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el líquido contiene una sal metálica, de forma particular una sal de plata, níquel, aluminio o cromo, siendo la sal de níquel preferiblemente un cloruro de níquel NiCl2, un sulfato de níquel NiSO4 o un nitrato de níquel Ni(NO3)2.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el procesamiento de precisión se genera sólo zonalmente un dopado en el sustrato, secándose a continuación sobre la superficie del sustrato los líquidos presentes y el sustrato se trata térmicamente, de modo que el sustrato presente un dopado en superficie débil y un dopado local elevado.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aplicación al menos por zonas de una capa de nucleación se realiza mediante galvanización con níquel, procedimiento por láser de níquel, procedimiento de chorro de tinta, procedimiento de aerosol, vaporización, microsinterizado por láser, serigrafiado y/o impresión con tampón.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el al menos un compuesto metálico se selecciona del grupo de compuestos de plata, aluminio, níquel, titanio, molibdeno, wolframio y cromo, de forma particular es cianuro de plata, acetato de plata o nitrato de plata.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de nucleación se aplica sobre las zonas dopadas de la oblea de silicio.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tras la aplicación de la capa de nucleación se aplica un contacto en la cara posterior, de forma particular mediante vaporización o pulverización catódica o mediante la aplicación de un contacto en la cara posterior quemado con láser (LFC).

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tras la aplicación de la capa de nucleación se aplica un contacto en la cara posterior adicional mediante contacto en la cara posterior quemado con láser (LFC).

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tras la aplicación de la capa de nucleación se realiza un tratamiento térmico, de forma particular mediante recocido por láser con foco puntual o lineal y de forma particular a temperaturas de 100º C a 900º C.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tras el procesamiento de precisión a continuación de la aplicación de la capa de nucleación se realiza un engrosamiento, de forma particular mediante deposición galvánica, por ejemplo de Ag, o mediante deposición sin corriente, por ejemplo, de Cu, en la capa de nucleación.