Una célula solar que comprende: una oblea delgada (600) de silicio cristalino que tiene un espesor de menos de 200 micrómetros que comprende una región p acoplada a una región n;

una primera capa dieléctrica (620) acoplada a la superficie posterior de la oblea de silicio; una primera capa barrera (640) acoplada a la primera capa dieléctrica para proteger la capa dieléctrica, definiendo la primera capa barrera y la primera capa dieléctrica una abertura a la oblea de silicio; y un contacto posterior (660) acoplado a la oblea de silicio, a la primera capa dieléctrica y a la primera capa barrera para conducir una carga eléctrica, comprendiendo todo el contacto posterior una aleación de aluminio y silicio, formando la aleación un campo en la superficie posterior que tiene un espesor de seis a micrómetros en la abertura, caracterizada porque la aleación comprende del 1 al 12 por ciento atómico de silicio

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención versa en general acerca de células solares de silicio. Más en particular, la presente invención versa acerca de la formación de un contacto posterior o trasero que proporciona una pasivación de la superficie posterior y propiedades de confinamiento óptico. 5

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las células solares son dispositivos que convierten la energía lumínica en energía eléctrica. Estos dispositivos se denominan también células fotovoltaicas (FV). Las células solares se fabrican usando una amplia variedad de semiconductores. Un material semiconductor común es el silicio cristalino.

Las células solares tienen tres elementos principales: (1) un semiconductor; (2) una unión de semiconductores; y 10 (3) contactos conductores. Los semiconductores como el silicio pueden ser del tipo dopado n o dopado p. Si se forman un silicio de tipo n y un silicio de tipo p en contacto mutuo, la región de la célula solar en la que se encuentran es una unión de semiconductores. El semiconductor absorbe luz. La energía de la luz puede ser transferida al electrón de valencia de un átomo en una capa de silicio, lo que permite que el electrón de valencia escape de su estado ligado dejando un agujero detrás. Estos electrones y agujeros fotogenerados se separan por el 15 campo eléctrico asociado con la unión p-n. Los contactos conductores permiten que la corriente fluya desde la célula solar a un circuito externo.

La Figura 1 muestra los elementos básicos de una célula solar de la técnica anterior. Las células solares pueden fabricarse sobre una oblea de silicio. La célula solar 5 comprende una base 10 de silicio de tipo p, un emisor 20 de silicio de tipo n, un contacto conductor inferior 40 y un contacto conductor superior 50. La base 10 de silicio de tipo p 20 y el emisor 20 de silicio de tipo n están en contacto mutuo para formar la unión. El silicio 20 de tipo n está acoplado al contacto conductor superior 50. El silicio 10 de tipo p está acoplado al contacto conductor inferior 40. El contacto conductor superior 50 y el contacto conductor inferior 40 están acoplados a una carga 75 para proporcionarle electricidad.

El contacto conductor superior 50 (“contacto frontal”), que comprende plata, permite que la corriente eléctrica 25 fluya a la célula solar 5. Sin embargo, el contacto conductor superior 50 no cubre toda la cara de la célula 5, porque la plata no es completamente transparente a la luz. Así, el contacto conductor superior 50 tiene un patrón de rejilla para permitir que la luz entre en la célula solar 5. Los electrones fluyen desde el contacto conductor superior 50, y a través de la carga 75, antes de unirse con los agujeros por medio del contacto conductor inferior 40.

El contacto conductor inferior 40 (“contacto trasero” o “contacto posterior”) suele comprender un eutéctico de 30 aluminio-silicio. Típicamente, este contacto conductor inferior 40 cubre toda la parte inferior del silicio 10 de tipo p para maximizar la conducción. El aluminio se alea con silicio a altas temperaturas de aproximadamente 750 grados Celsius, muy por encima de la temperatura del eutéctico de aluminio-silicio de 577 grados Celsius. Esta reacción de aleación crea una región de tipo p muy dopada en la parte inferior de la base y da origen a un intenso campo eléctrico allí. Este campo contribuye a repeler los electrones fotogenerados para que no se recombinen con agujeros 35 en el contacto posterior, para que puedan ser recogidos más eficientemente en la unión p-n.

La superficie de contacto entre el silicio y un contacto conductor es típicamente una zona que tiene una elevada recombinación. Por ejemplo, la velocidad de recombinación en la superficie posterior de un campo en la superficie posterior de aluminio en toda la superficie posterior puede ser de 500 centímetros por segundo o más. Las altas velocidades de recombinación de la superficie posterior disminuyen la eficiencia de la célula. 40

J. Rentsch et al., Photovoltaic energy conversion, Conference record of the 2006 IEEE 4th World Conference on, IEEE, PI, 1 de mayo de 2006, páginas 1008-1011, dan a conocer una célula solar de silicio con parte trasera pasivada. J. Szlufcik et al., Proceedings of the IEEE, IEEE, New York, US vol. 85, n.5, 1 de mayo de 1997, páginas 711-730 dan a conocer tecnologías para células solares de silicio cristalino.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN 45

Un procedimiento que se ha usado para reducir la recombinación en el contacto posterior es formar una capa dieléctrica de dióxido de silicio en la superficie trasera de la oblea de silicio. Esta capa dieléctrica mejora la pasivación, pero crea otros problemas, como la manera de generar aberturas desde la capa dieléctrica hasta el silicio y la optimización del tamaño y la separación de cada ventana. Además, la capa dieléctrica no protege la oblea de silicio de la aleación aluminio-silicio durante la formación de los contacto, lo que puede deformar la oblea de 50 silicio. Las obleas de silicio en películas delgadas son especialmente susceptibles a la deformación. Las soluciones de la técnica anterior para reducir la recombinación en la superficie posterior no abordan de forma adecuada otros

asuntos, como la prevención de la deformación del silicio en película delgada, la determinación del tamaño y la separación de las aberturas del dieléctrico, la limpieza de las aberturas del dieléctrico y la formación de campos eléctricos de calidad en la superficie trasera en las aberturas del dieléctrico.

La solución presentada en el presente documento comprende una estructura de célula solar que tiene una capa de pasivación dieléctrica y un contacto trasero con un campo en la superficie posterior de aluminio, tal como se trata 5 en la reivindicación 1. Se proporciona un procedimiento para la formación del contacto trasero, tal como se trata en la reivindicación 8. En la realización, se forma una capa dieléctrica en la superficie trasera de una oblea cristalina delgada que tiene una región n y una región p. Se practica una abertura en la capa dieléctrica serigrafiando una pasta decapante, seguido por un primer tratamiento con calor. Puede usarse una solución de ácido fluorhídrico para eliminar cualquier residuo dejado por la pasta decapante. El contacto trasero se forma serigrafiando una pasta de 10 contacto en toda la superficie posterior seguido por un segundo tratamiento con calor. La pasta de contacto comprende aluminio y del 1 al 12 por ciento atómico de silicio. La presencia del silicio en la pasta de contacto satura la afinidad del aluminio por el silicio durante el segundo tratamiento con calor y proporciona un contacto de campo en la superficie posterior de alta calidad en las aberturas locales. El uso de poca frita de vidrio, o ninguna, contribuye a evitar que una cantidad de aluminio significativa aflore a través de la capa dieléctrica, lo que degrada el 15 rendimiento del dispositivo.

Lo que antecede es un resumen y, por ende, contiene, de necesidad, simplificaciones, generalizaciones y omisiones de detalle; en consecuencia, las personas expertas en la técnica apreciarán que el resumen es únicamente ilustrativo y que no se contempla que sea limitante en ningún sentido. Otros aspectos, características de la invención y ventajas de la presente revelación, tal como se definen solamente por las reivindicaciones, se harán 20 evidentes en la descripción detallada no limitante presentada más abajo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es una vista en corte transversal de una célula solar de la técnica anterior.

La FIG. 2 es un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento para formar un contacto posterior con un campo en la superficie posterior local. 25

La FIG. 3A es un dominio de simulación DESSIS para un contacto posterior de línea.

La FIG. 3B es un dominio de simulación DESSIS para un contacto posterior de punto.

La FIG. 4A es un gráfico de salida DESSIS que muestra la separación en relación con la eficiencia para contactos que tienen una anchura de 75 micrómetros.

La FIG. 4B es un gráfico de salida DESSIS que muestra la separación en relación con la eficiencia para 30 contactos que tienen una anchura de 150 micrómetros.

Las FIGURAS 5A a 5D son vistas en corte transversal con un microscopio electrónico de campos eléctricos en la superficie posterior...

1. Una célula solar que comprende:

una oblea delgada (600) de silicio cristalino que tiene un espesor de menos de 200 micrómetros que comprende una región p acoplada a una región n;

una primera capa dieléctrica (620) acoplada a la superficie posterior de la oblea de silicio; 5

una primera capa barrera (640) acoplada a la primera capa dieléctrica para proteger la capa dieléctrica, definiendo la primera capa barrera y la primera capa dieléctrica una abertura a la oblea de silicio; y

un contacto posterior (660) acoplado a la oblea de silicio, a la primera capa dieléctrica y a la primera capa barrera para conducir una carga eléctrica, comprendiendo todo el contacto posterior una aleación de aluminio y silicio, formando la aleación un campo en la superficie posterior que tiene un espesor de seis a 10 15 micrómetros en la abertura, caracterizada porque

la aleación comprende del 1 al 12 por ciento atómico de silicio.

2. La célula solar de la reivindicación 1 en la que el aluminio es aluminio sin frita.

3. La célula solar de la reivindicación 1 en la que el aluminio es aluminio con poca frita.

4. La célula solar de la reivindicación 1 en la que la abertura de acceso a la oblea de silicio tiene la forma de un 15 punto.

5. La célula solar de la reivindicación 1 en la que la abertura de acceso a la oblea de silicio tiene la forma de una línea.

6. La célula solar de la reivindicación 1 que comprende, además:

una segunda capa dieléctrica (630) acoplada a la superficie frontal de la oblea de silicio para pasivar la 20 superficie frontal.

7. La célula solar de la reivindicación 6 que comprende, además:

una segunda capa barrera (650) acoplada a la segunda capa dieléctrica para proporcionar un revestimiento antirreflectante.

8. Un procedimiento que comprende: 25

la formación de una capa (610) de difusión sobre un sustrato dopado (600) de una oblea delgada de silicio, teniendo la oblea de silicio una superficie frontal y una superficie posterior;

la formación de una capa dieléctrica (620) en al menos la superficie posterior de la oblea de silicio usando un proceso de centrifugación;

la formación de una capa barrera (640) sobre la capa dieléctrica; 30

la eliminación de una porción de la capa barrera y de la capa dieléctrica de la superficie posterior para formar una abertura de acceso al sustrato;

la aplicación de una pasta de aluminio que tiene del uno al 12 por ciento atómico de silicio en su totalidad hasta la abertura y la superficie posterior de la oblea de silicio; y

la aplicación de un tratamiento de calor a la pasta de aluminio, calentándose la pasta de aluminio hasta una 35 temperatura máxima de 700 a 900 grados Celsius.

9. El procedimiento de la reivindicación 8 en el que la eliminación de la porción de la capa dieléctrica de la superficie posterior se lleva a cabo serigrafiando una pasta decapante y aplicando un tratamiento de calor a la pasta decapante.

10. El procedimiento de la reivindicación 8 en el que se elimina una porción de la capa dieléctrica de la superficie 40 posterior por medio de un láser.

11. El procedimiento de la reivindicación 8 en el que la pasta de aluminio se aplica por medio de una máquina de serigrafía.

12. El procedimiento de la reivindicación 9 que comprende, además:

la determinación de la aplicación de la pasta decapante a porciones del área superficial de la capa dieléctrica usando Simulaciones de Dispositivo para Sistemas Integrados Inteligentes (DESSIS). 5

13. El procedimiento de la reivindicación 12 que comprende, además:

la introducción de parámetros en la DESSIS para determinar la aplicación de la pasta decapante, comprendiendo los parámetros una resistencia de la capa emisora, un espesor de la célula, una resistividad, una velocidad de recombinación de la superficie frontal, una velocidad de recombinación de la superficie posterior en el dieléctrico y una resistencia de contacto. 10