MÉTODO DE FABRICACIÓN DE CÉLULAS SOLARES DE SILICIO CRISTALINO CON PASIVACIÓN SUPERFICIAL MEJORADA.
Método de fabricación de una célula solar de silicio cristalino,
comprendiendo: - proporcionar un sustrato de silicio cristalino con un lado anterior y un lado posterior; - remojo del sustrato de silicio cristalino en una solución química formando una fina película de óxido de silicio en al menos uno de dichos lados anterior y posterior; - formar una película de recubrimiento dieléctrico en dicha fina película de óxido de silicio en al menos uno de dicho lado anterior y dicho lado posterior, donde dicha fina película de óxido de silicio se forma por tratamiento de dicho sustrato de silicio cristalino en dicha solución química a una temperatura bajo 150ºC y donde dicha fina película de óxido de silicio se forma con un espesor de 0.5-10 nm
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2007/050459.
Solicitante: ECN ENERGIEONDERZOEK CENTRUM NEDERLAND.
Nacionalidad solicitante: Países Bajos.
Dirección: WESTERDUINWEG 3 1755 LE PETTEN PAISES BAJOS.
Inventor/es: KOMATSU,Yuji, GEERLIGS,Lambert,Johan, MIHAILETCHI,Valentin,Dan.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 20 de Septiembre de 2007.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/18C
Clasificación PCT:
- H01L31/0216 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Revestimientos (H01L 31/041 tiene prioridad).
- H01L31/18 H01L 31/00 […] › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
PDF original: ES-2359531_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Método de fabricación de células solares de silicio cristalino con pasivación superficial mejorada.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la producción de células solares. Más particularmente se refiere a un método de células solares de silicio cristalino de fabricación comprendiendo un estrato de pasivación de óxido de silicio y un recubrimiento dieléctrico.
Antecedentes
Las células solares hechas de silicio cristalino múltiple o simple están normalmente provistas de un recubrimiento dieléctrico en un lado frontal (es decir, el lado incidente de luz) para conducir la luz incidente eficazmente al estrato semiconductor. Tal recubrimiento dieléctrico es frecuentemente referido como película de revestimiento antirreflexión (ARC).
El rendimiento de una célula solar está en gran medida influido por el grado de supresión de recombinación de los portadores fotogenerados en la interfaz entre el estrato semiconductor y la película ARC. La supresión de recombinación de los portadores fotogenerados se realiza normalmente usando la llamada pasivación de superficie.
Frecuentemente se utiliza como película ARC para la célula solar de silicio multi-cristalino una película de nitruro de silicio porque tiene un buen efecto antirreflectante y se puede esperar un efecto de pasivación de superficie suficiente. También se usa para células solares de silicio cristalino simple por la misma razón. Alternativamente, se usa una película térmica de óxido, en cuyo caso puede esperarse que la pasivación de superficie sea más eficaz que por nitruro de silicio.
Normalmente, una película térmica de óxido con pasivación de superficie suficiente requiere un proceso de alta temperatura (aproximadamente 1000ºC), que deteriorará la eficiencia de las células solares. Adicionalmente, el índice de refracción de la película térmica de óxido (1.45) es demasiado bajo para el ARC apropiado para células solares de silicio.
En células solares de silicio cristalino, un estrato de campo posterior de superficie (BSF) se forma normalmente por recubrimiento y aleación mediante tratamiento térmico de una pasta de aluminio en el lado posterior. El espesor de la célula solar de silicio cristalino ciertamente se reducirá más en el futuro debido a una reducción de la materia prima del silicio. Esto llevará a una eficacia peor del estrato BSF ya que éste plegará el sustrato fino y también reducirá la reflexión interna en el lado posterior. Hoy en día, para reemplazar el estrato BSF, una película dieléctrica, tal como una película de nitruro de silicio, o una película de óxido de silicio térmica se adopta con un área parcialmente eliminada para electrodos del lado posterior. Como se ha mencionado anteriormente, una película de nitruro de silicio puede proporcionar un buen efecto de pasivación y una película térmica de óxido puede ser aún mejor. Adicionalmente, estas películas dieléctricas pueden mejorar la reflexión interna en el lado posterior de las células solares en comparación con el BSF de aluminio.
Requisitos para una película dieléctrica depositada en un sustrato semiconductor para una célula solar de silicio cristalino son:
• formable a temperatura relativamente baja
• efecto de pasivación alto
• efecto de antirreflexión cuando se forma en el lado anterior
• efecto de antirreflexión o realce de la reflexión interna cuando se forma en el lado posterior.
Para este tipo de película dieléctrica, cuando se usa para un efecto de antirreflexión óptima, el índice de refracción debería ser inferior al del silicio (3.3) y superior al de la resina de embalaje o vidrio de cobertura (1.4∼1.6). La película de nitruro de silicio puede satisfacer la mayor parte de las condiciones mencionadas, pero su efecto de pasivación es inferior a aquel de una película de óxido térmico. Un óxido térmico fino puede ser insertado entre el silicio y el nitruro de silicio, para satisfacer las condiciones anteriormente descritas, sin reducir ni el efecto óptico antirreflexión en la parte frontal ni aumentar la reflexión interna en la parte trasera a pesar del bajo índice de refracción (1.45) del óxido térmico. Una película de óxido térmico con pasivación de superficie suficiente requiere un proceso de alta temperatura (aproximadamente 1000ºC), que deteriorará la eficiencia de las células solares. No obstante, es muy difícil formar un óxido térmico suficientemente fino (<70 nm) con una buena pasivación de superficie y bajo un buen control. Una posibilidad es proporcionar una película de óxido térmico en el sustrato de silicio y luego rebajar la película de óxido térmico mediante grabado, pero en este caso es imposible crear una película de óxido térmico con un espesor uniforme. Aunque la oxidación térmica a temperaturas inferiores (alrededor de 800ºC) puede formar una película de óxido fina hasta cierto punto, su efecto de pasivación de superficie es normalmente bajo y a veces incluso inferior al de una película de nitruro de silicio.
El documento EP-A-0 729189 describe un método para producir silicio para aplicaciones de células solares.
Resumen
Es un objetivo de la presente invención el proporcionar un método de fabricación de una célula solar de silicio cristalino como se nombra en la reivindicación 1, con un sustrato de silicio y una estructura doble estratificada para la pasivación de superficie, donde se mejora la eficiencia de la célula solar.
El objeto se consigue mediante un método de fabricación de una célula solar de silicio cristalino, comprendiendo:
- proporcionar un sustrato de silicio cristalino con un lado anterior y un lado posterior;
- formar una fina película de óxido de silicio en al menos uno de los lados anterior y posterior mediante remojo del sustrato de silicio cristalino en una solución química;
- formar una película de revestimiento dieléctrico en la fina película de óxido de silicio en al menos uno de los lados anterior y posterior.
En el método según una forma de realización, una película de revestimiento dieléctrico y una fina película de óxido de silicio se fabrica en el lado anterior y/o en el lado posterior del sustrato. La fina película de óxido de silicio se forma por remojo del sustrato de silicio cristalino en una solución química. El proceso de remojo se controla bien y se realiza a una temperatura relativamente baja (<150ºC). Así, la formación de este estrato no afectará las propiedades semiconductoras del (ya dopado) sustrato. Además, el efecto de pasivación es comparable o incluso mejor que el de un óxido térmico. También se puede formar un fino estrato uniforme de óxido de silicio usando una solución química para oxidación.
Cabe destacar que puede que el sustrato de silicio cristalino que es proporcionado esté ya parcialmente procesado. Además, se puede proporcionar un sustrato de silicio que se encuentre parcialmente protegido de ser oxidado, por ejemplo, por un nitruro de silicio u otra película que cubra parcialmente la superficie.
Preferiblemente, la película de revestimiento dieléctrico estará actuando como recubrimiento antireflectante cuando se forme en el lado anterior, y estará actuando como recubrimiento antirreflectante o de reflexión interna cuando se forme en el lado posterior, dependiendo de si el módulo solar es bifacial o no, respectivamente.
En la forma de realización la fina película de óxido de silicio se forma con un espesor de 0.5-10 nm. Cabe destacar que en una superficie de silicio desprotegida a temperatura ambiente crecerá una película del llamado "óxido nativo". Esta delgadísima película (aprox. 0.5 nm de grosor) no tiene propiedades de pasivación buenas. Por lo tanto, según una forma de realización, la película de óxido nativo se quita, después de lo cual una nueva película de óxido de silicio se crea mediante remojo del sustrato cristalino en una solución química. La fina película de óxido de silicio desempeñará su tarea de pasivación y será transparente para la luz incidente en el lado anterior de la célula solar.
En la forma de realización, la película de óxido de silicio se forma por tratamiento del sustrato de silicio cristalino en la solución química a una temperatura por debajo de 150ºC. Esta baja temperatura evitará una disminución en la calidad de las propiedades... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Método de fabricación de una célula solar de silicio cristalino, comprendiendo:
2. Método según la reivindicación 1, donde dicha temperatura es temperatura ambiente.
3. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha solución química comprende al menos una solución seleccionada del grupo que consiste en:
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha fina película de óxido se forma por una reacción electroquímica mejorada.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha película de recubrimiento dieléctrico comprende hidrógeno.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha película de recubrimiento dieléctrico comprende nitruro de silicio incluyendo hidrógeno, o carburo de silicio amorfo incluyendo hidrógeno.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde después de la formación de dicha película de recubrimiento dieléctrico, el método comprende recocido.
8. Método según la reivindicación 7, donde una temperatura de recocido es más de 50ºC superior a una temperatura de deposición de dicha película de recubrimiento dieléctrico.
9. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha película de recubrimiento dieléctrico tiene un índice de refracción entre 1.8-3.0.
10. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha película de recubrimiento dieléctrico, al menos en uso, funciona como una película de recubrimiento antirreflexión.
11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, donde dicha película de recubrimiento dieléctrico, al menos en uso, funciona como una película de recubrimiento de reflexión interna.
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