Un procedimiento, que comprende: formar una capa difundida sobre un sustrato dopado de una oblea de silicio delgada que presenta un grosor de 50 a 200 micrómetros,

donde la oblea de silicio presenta una superficie delantera y una superficie trasera; formar por rotación una capa dieléctrica sobre la superficie trasera de la oblea de silicio; formar una capa protectora sobre la capa dieléctrica formada por rotación; aplicar una pasta mordiente sobre el 1 al 10 por ciento del área de superficie de la capa protectora; aplicar un primer tratamiento térmico a la pasta mordiente a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius, donde el primer tratamiento térmico se aplica durante un periodo de tiempo de 30 a 45 segundos; y eliminar residuos a partir de una abertura con una disolución que comprende ácido fluorhídrico

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a células solares de silicio. Más en particular, la presente invención se refiere a la formación de un contacto trasero o posterior que proporciona pasivación de superficie trasera y propiedades de confinamiento ópticas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las células solares son dispositivos que convierten la energía lumínica en energía eléctrica. Estos dispositivos también se denominan frecuentemente como células fotovoltaicas (PV). Las células solares se fabrican a partir de una gran variedad de semiconductores. Un material semiconductor común es el silicio cristalino.

Las células solares presentan tres elementos principales: (1) un semiconductor; (2) una unión de semiconductores; y (3) contactos conductivos. Los semiconductores tales como el silicio pueden ser de tipo n o de tipo p dopados. Si un silicio de tipo n y un silicio de tipo p se forman en contacto mutuo, la región de la célula solar en la que se juntan es una unión de semiconductores. El semiconductor absorbe luz. La energía de la luz puede transferirse al electrón de valencia de un átomo de una capa de silicio, lo que permite que el electrón de valencia se escape de su estado ligado dejando atrás un hueco. Estos huecos y electrones fotogenerados están separados por el campo eléctrico asociado con la unión p-n. Los contactos conductivos permiten que la corriente fluya desde la célula solar hasta 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 5 solar comprende una base 10 de silicio de tipo p, un emisor 20 de silicio de tipo n, un contacto 40 conductivo inferior y un contacto 50 conductivo superior. La base 10 de silicio de tipo p y el emisor 20 de silicio de tipo n hacen contacto entre sí para formar la unión. El silicio 20 de tipo n está acoplado al contacto 50 conductivo superior. El silicio 10 de tipo p está acoplado al contacto 40 conductivo inferior. El contacto 50 conductivo superior y el contacto 40 conductivo inferior están acoplados a una carga 75 para dotarla de electricidad.

El contacto 50 conductivo superior ("contacto delantero”), que comprende plata, permite que la corriente eléctrica fluya al interior de la célula 5 solar. Sin embargo, el contacto 50 conductivo superior no cubre toda la cara de la célula 5 porque la plata no es totalmente transparente a la luz. Por lo tanto, el contacto 50 conductivo superior tiene un patrón de rejilla para permitir que luz entre en la célula 5 solar. Los electrones fluyen desde el contacto 50 conductor superior, y a través de la carga 75, antes de unirse a los huecos por medio del contacto 40 conductivo inferior.

El contacto 40 conductivo inferior (“contacto trasero” o “contacto posterior”) comprende normalmente aluminio y silicio eutécticos. Este contacto 40 conductivo cubre normalmente toda la parte inferior del silicio 10 de tipo p para maximizar la conducción. El aluminio se alea con silicio a altas temperaturas de 750 grados Celsius aproximadamente, muy por encima de la temperatura eutéctica del aluminio y silicio de 577 grados Celsius. Esta reacción de aleación crea una región de tipo p altamente dopada en la parte inferior de la base y da lugar a un fuerte campo eléctrico en la misma. Este campo ayuda a impedir que los electrones generados por luz se recombinen con los huecos en el contacto trasero de manera que pueden recogerse de manera más eficaz en la unión p-n.

La superficie de contacto entre el silicio y un contacto conductivo es normalmente un área que presenta una alta recombinación. Por ejemplo, la velocidad de recombinación de superficie trasera de un campo de superficie trasera de aluminio a través de toda la superficie trasera puede ser de 500 centímetros por segundo o superior. Las altas velocidades de recombinación de superficie trasera reducen la eficacia de la célula.

El documento Photovoltaic Energy conversion, de J. Rentsch y col., Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference On, IEEE, PI, 1 de mayo de 2006, páginas 1008 a 1011, describe un procedimiento para fabricar una célula solar. J. Szlufcik y col., Proceedings of the IEEE, IEEE. Nueva York, EE.UU., vol. 85, n° 5, 1 de mayo de 1997, p. 711 a 730, describe un procedimiento para fabricar células solares de silicio. RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Un procedimiento que se ha utilizado para reducir la recombinación en el contacto trasero es formar una capa dieléctrica de dióxido de silicio sobre la superficie trasera de la oblea de silicio. Esta capa dieléctrica mejora la pasivación pero crea otros problemas referidos a cómo generar aberturas desde la capa dieléctrica al silicio y a la optimización del tamaño y de la separación de cada ventana. Además, la capa dieléctrica no protege a la oblea de silicio contra la aleación de aluminio y silicio durante la formación de contacto, lo que puede deformar la oblea de silicio. Las obleas de silicio de película delgada son especialmente susceptibles a la deformación. Las soluciones de la técnica anterior para reducir la recombinación en la superficie trasera no afrontan de manera adecuada otros problemas tales como impedir la deformación del silicio de película delgada, determinar el tamaño y la separación de las aberturas dieléctricas, la limpieza de las aberturas dieléctricas y la formación de campos de superficie trasera de calidad en las aberturas dieléctricas.

La solución presentada en este documento comprende una estructura de célula solar que presenta una capa de pasivación dieléctrica y un contacto trasero con un campo de superficie trasera de aluminio local. Se proporciona un proceso para formar el contacto trasero. En una realización, una capa dieléctrica se forma sobre la superficie trasera de una delgada oblea cristalina que presenta una región n y una región p. En la capa dieléctrica se forma una abertura estarciendo una pasta mordiente, aplicando después un primer tratamiento térmico. Puede utilizarse una disolución de ácido fluorhídrico para eliminar cualquier residuo dejado por la pasta mordiente. El contacto trasero se forma estarciendo una pasta de contacto sobre toda la superficie trasera aplicando después un segundo tratamiento térmico. La pasta de contacto comprende aluminio y entre el 1 y el 12 por ciento de átomos de silicio. La presencia del silicio en la pasta de contacto satura el apetito de silicio que tiene el aluminio durante el segundo tratamiento térmico y proporciona un contacto de campo de superficie trasera de alta calidad en las aberturas locales. El uso de poca o de ninguna frita de vidrio en el aluminio ayuda a evitar una adición de aluminio significativa a través de la capa dieléctrica, lo que degrada el rendimiento del dispositivo.

Lo anterior es un resumen y, por lo tanto, contiene, por necesidad, simplificaciones, generalizaciones y omisiones de detalles; por consiguiente, los expertos en la materia apreciarán que el resumen es solamente ilustrativo y no pretende ser de ninguna manera limitativo. Otros aspectos, características inventivas y ventajas de la presente invención, definida solamente por las reivindicaciones, resultarán evidentes en la descripción detallada no limitativa expuesta posteriormente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es una vista en sección transversal de una célula solar de la técnica anterior. La FIG. 2 es un diagrama de flujo para una realización de un proceso para formar un contacto trasero con campo de superficie trasera local. La FIG. 3A es un dominio de simulación DESSIS para un contacto trasero de líneas. La FIG. 3B es un dominio de simulación DESSIS para un contacto trasero de puntos. La FIG. 4A es un gráfico de salida DESSIS que muestra la separación frente a la eficacia para contactos que tienen un ancho de 75 micrómetros. La FIG. 4B es un gráfico de salida DESSIS que muestra la separación frente a la eficacia para contactos que tienen un ancho de 150 micrómetros. Las FIG. 5A a 5D son vistas en sección transversal, obtenidas a partir de un microscopio de electrones, de campos de superficie trasera local para diferentes pastas de contacto de aluminio. Las FIG. 6A a 6E son vistas en sección transversal para una realización de una oblea de silicio en cada fase del proceso de fabricación de contactos traseros. La FIG. 7A es una vista en planta desde abajo para una realización de aberturas de ventana hacia el silicio que presentan un patrón de puntos. La FIG. 7B...

1. Un procedimiento, que comprende: formar una capa difundida sobre un sustrato dopado de una oblea de silicio delgada que presenta un grosor de 50 a 200 micrómetros, donde la oblea de silicio presenta una superficie delantera y una superficie trasera; formar por rotación una capa dieléctrica sobre la superficie trasera de la oblea de silicio; formar una capa protectora sobre la capa dieléctrica formada por rotación; aplicar una pasta mordiente sobre el 1 al 10 por ciento del área de superficie de la capa protectora; aplicar un primer tratamiento térmico a la pasta mordiente a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius, donde el primer tratamiento térmico se aplica durante un periodo de tiempo de 30 a 45 segundos; y eliminar residuos a partir de una abertura con una disolución que comprende ácido fluorhídrico. 2. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: aplicar una pasta de contacto a la superficie trasera de la oblea de silicio después del primer tratamiento térmico. 3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la pasta de contacto es una pasta

de aluminio que contiene entre el 1 y el 12 por ciento atómico de silicio. 4. El procedimiento según la reivindicación 2, que comprende además: aplicar un segundo tratamiento térmico a la pasta de contacto a una temperatura máxima de 700 a 900 grados Celsius. 5. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que el segundo tratamiento térmico se

aplica entre uno y tres segundos a la temperatura máxima. 6. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: determinar la aplicación de pasta mordiente a partes del área de superficie de la capa dieléctrica utilizando simulaciones de dispositivo para sistemas integrados inteligentes (DESSIS). 7. El procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además: introducir parámetros en DESSIS para determinar la aplicación de pasta mordiente, en el que los parámetros comprenden una resistencia de lámina de emisor, un grosor de célula, una resistividad, una velocidad de recombinación de superficie delantera, una velocidad de recombinación de superficie trasera en el dieléctrico, y una resistencia de contacto. 8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que la resistencia de lámina de emisor es de 70 a 90 ohmios por cuadrado, el grosor de célula es de 90 a 200 micrómetros, la resistividad es de 1,5 a 2,5 ohmios-centímetro, la velocidad de recombinación de superficie delantera es de 50.000 a 70.000 centímetros por segundo, la velocidad de recombinación de superficie trasera del dieléctrico es de 40 a 60 centímetros por segundo, y la resistencia de contacto es de cero ohmios-centímetro cuadrado.

9. Un procedimiento, que comprende: formar una capa difundida sobre un sustrato dopado de una oblea de silicio delgada que presenta un grosor de 50 a 200 micrómetros, donde la oblea de silicio presenta una superficie delantera y una superficie trasera; formar por rotación una capa dieléctrica sobre la superficie trasera de la oblea de silicio; formar una capa protectora sobre la capa dieléctrica formada por rotación; aplicar una pasta mordiente sobre el 1 al 10 por ciento del área de superficie de la capa protectora; aplicar un primer tratamiento térmico a la pasta mordiente a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius; eliminar residuos a partir de una abertura con una disolución que comprende ácido fluorhídrico; aplicar una pasta de contacto a la superficie trasera de la oblea de silicio después del primer tratamiento térmico; y aplicar un segundo tratamiento térmico a la pasta de contacto a una temperatura máxima de 700 a 900 grados Celsius, donde el segundo tratamiento térmico se aplica entre uno y tres segundos a la temperatura máxima. 10. El procedimiento según la reivindicación 9, en el que el primer tratamiento térmico se

aplica durante un periodo de tiempo de 30 a 45 segundos. 11. El procedimiento según la reivindicación 9, donde la pasta de contacto es una pasta

de aluminio que contiene entre el 1 y el 12 por ciento atómico de silicio. 12. El procedimiento según la reivindicación 9, que comprende además: determinar la aplicación de pasta mordiente a partes del área de superficie de la capa dieléctrica utilizando simulaciones de dispositivo para sistemas integrados inteligentes (DESSIS). 13. El procedimiento según la reivindicación 12, que comprende además: introducir parámetros en DESSIS para determinar la aplicación de pasta mordiente, donde los parámetros comprenden una resistencia de lámina de emisor, un grosor de célula, una resistividad, una velocidad de recombinación de superficie delantera, una velocidad de recombinación de superficie trasera en el dieléctrico, y una resistencia de contacto.

14. El procedimiento según la reivindicación 13, en el que la resistencia de lámina de emisor es de 70 a 90 ohmios por cuadrado, el grosor de célula es de 90 a 200 micrómetros, la resistividad es de 1,5 a 2,6 ohmios-centímetro, la velocidad de recombinación de superficie delantera es de 50.000 a 70.000 centímetros por segundo, la velocidad de recombinación de superficie trasera del dieléctrico es de 40 a 60 centímetros por segundo, y la resistencia de contacto es de cero ohmios-centímetro cuadrado.