Unas pastas de aluminio, que comprenden aluminio en forma de partículas,

un componente orgánico de cinc y un vehículo orgánico que comprende un (os) solvente (s) orgánico (s) .

Pastas de aluminio y su uso en la producción de celdas solares de silicio Campo de la invención La presente invención se dirige a unas pastas de aluminio, y a su uso en la producción de celdas solares de silicio, es decir, en la producción de electrodos posteriores de aluminio de celdas solares de silicio y las respectivas celdas solares de silicio.

Antecedentes técnicos de la invención

Una estructura convencional de una celda solar con una base de tipo p tiene un electrodo negativo que, típicamente, está en la cara anterior o cara expuesta al sol de la celda y un electrodo positivo en la cara posterior. Es bien sabido que una radiación de una longitud de onda apropiada que incide en una unión p-n de un cuerpo semiconductor sirve como fuente de energía externa para generar pares electrón-hueco en ese cuerpo. La diferencia de potencial que existe en una unión p-n provoca que los huecos y los electrones se muevan a través de la unión en direcciones opuestas, y de ese modo dan lugar al flujo de una corriente eléctrica que es capaz de suministrar energía a un circuito externo. La mayoría de las celdas solares tiene forma de una oblea de silicio que se ha metalizado, es decir, que se ha provisto con contactos metálicos que son eléctricamente conductores.

Generalmente, durante la conformación de una celda solar de silicio, una pasta de aluminio se estampa con estarcido y se seca sobre la cara posterior de la oblea de silicio. Luego, se cuece la oblea a una temperatura por encima del punto de fusión del aluminio para formar una masa fundida de aluminio y silicio; posteriormente, durante la fase de enfriamiento, se forma una capa de silicio de crecimiento epitaxial que se dopa con aluminio. Generalmente, esta capa se denomina capa de campo superficial posterior (BSF, del inglés “Back Surface Field”) , y sirve para mejorar la eficacia de la conversión de energía de la celda solar.

Normalmente, la mayoría de las celdas solares generadoras de energía eléctrica usadas son celdas solares de silicio. Generalmente, en la producción en masa, la corriente de proceso se encamina a conseguir una máxima simplificación y a minimizar los costes de fabricación. En particular, los electrodos se fabrican usando un método tal como la estampación con estarcido de una pasta metálica.

Más adelante, conjuntamente con la Figura 1, se describe un ejemplo de este método de producción. La Figura 1A muestra un sustrato de silicio tipo p, 10.

En la Figura 1B, se forma una capa de difusión de tipo n, 20, del tipo de conductividad inversa mediante la difusión térmica de fósforo (P) o similar. Normalmente, como fuente de difusión de fósforo gaseoso se usa oxicloruro de fósforo (POCl3) ; otras fuentes líquidas son el ácido fosfórico y similares. En ausencia de cualquier modificación particular, la capa de difusión, 20, se forma sobre toda la superficie del sustrato de silicio, 10. La unión p-n se forma donde la concentración del dopante de tipo p iguala la concentración del dopante de tipo n; las celdas convencionales que tienen una unión p-n próxima a la cara expuesta al sol, tienen una profundidad de unión entre 0, 05 y 0, 5 μm.

Después de la formación de esta capa de difusión, se retira el vidrio superficial sobrante del resto de las superficies mediante ataque ácido con un ácido tal como el ácido fluorhídrico.

A continuación, sobre la capa de difusión de tipo n, 20, se forma un revestimiento antirreflejante (ARC) , 30, hasta un espesor entre 0, 05 y 0, 1 μm, de la manera mostrada en la Figura 1D, mediante un procedimiento tal como, por ejemplo, la deposición química en fase vapor asistida por plasma (DQV) .

Como se muestra en la Figura 1E, una pasta de plata de cara anterior (pasta de plata conformadora de un electrodo anterior) , 500, para el electrodo anterior, se estampa con estarcido y luego se seca sobre el revestimiento antirreflejante, 30. Además, una pasta de plata o plata/aluminio de cara posterior, 70, y una pasta de aluminio, 60, se estampan luego con estarcido (o algún otro método de aplicación) , y sucesivamente se secan sobre la cara posterior del sustrato. Normalmente, la pasta de plata o plata/aluminio de cara posterior se estampa con estarcido sobre el silicio, primero como dos franjas (barras de distribución) paralelas o como unos rectángulos (lengüetas) preparados para soldar unas tiras de interconexión (cintas de cobre presoldadas) ; luego la pasta de aluminio se estampa en las áreas desnudas con un ligero solapamiento sobre la plata o plata/aluminio de cara posterior. En algunos casos, se estampa la pasta de plata o plata/aluminio después de que se ha estampado la pasta de aluminio. Luego, típicamente, se lleva a cabo una cocción en un horno de cinta transportadora durante un periodo de 1 a 5 minutos, alcanzando la oblea una temperatura pico en el intervalo de 700 a 900ºC. Los electrodos anterior y posterior se pueden cocer secuencialmente o co-cocer (cocer conjuntamente) .

Por consiguiente, como se muestra en la Figura 1F, el aluminio fundido procedente de la pasta disuelve el silicio durante el procedimiento de cocción, y luego, al enfriarse, forma una capa eutéctica que crece epitaxialmente a partir de la base de silicio, 10, formando una capa p+, 40, que contiene una alta concentración del dopante de aluminio. Generalmente, esta capa se denomina capa de campo superficial posterior (BSF) y sirve para mejorar la eficacia de

la conversión de energía de la celda solar. Generalmente, en la superficie de esta capa epitaxial está presente una capa delgada de aluminio.

La pasta de aluminio se transforma mediante cocción de un estado seco, 60, en un electrodo posterior de aluminio, 61. La pasta de plata o plata/aluminio de cara posterior, 70, se cuece al mismo tiempo, convirtiéndose en un electrodo posterior de plata o plata/aluminio, 71. Durante la cocción, la línea de separación entre el aluminio de cara posterior y la plata o plata/aluminio de cara posterior adquiere el estado de una aleación, y también se conecta eléctricamente. El electrodo de aluminio supone la mayoría de la superficie del electrodo posterior, debido en parte a la necesidad de formar una capa p+, 40. Puesto que es imposible soldar en un electrodo de aluminio, sobre algunas partes de la cara posterior se forma un electrodo posterior de plata o plata/aluminio (a menudo, como unas barras de distribución de 2 a 6 mm de ancho) como un electrodo que sirve para interconectar las celdas solares por medio de cintas de cobre presoldadas o similares. Además, la pasta de plata de la cara anterior, 500, se sinteriza y penetra a través del revestimiento antirreflejante, 30, durante la cocción, y de ese modo puede ponerse en contacto eléctricamente con la capa de tipo n, 20. Generalmente, este tipo de procedimiento se denomina “cocción directa”. Este estado de cocido directo es evidente en la capa 501 de la Figura 1F.

Un problema asociado con la pasta de aluminio es la formación de polvo y la transferencia de polvo de aluminio o de alúmina libres a otras superficies metálicas, reduciendo de ese modo la soldabilidad y la adherencia de las cintas fijadas a dicha superficie. Esto es particularmente importante cuando el procedimiento de cocción se realiza con celdas solares apiladas.

La patente US-A-2007/0079868 describe unas composiciones de película delgada de aluminio que se pueden usar en la formación de electrodos posteriores de aluminio de celdas solares de silicio. Aparte del polvo de aluminio, un medio orgánico como vehículo y una frita de vidrio como constituyente opcional, las composiciones de película delgada de aluminio comprenden dióxido de silicio amorfo como constituyente esencial. En particular, el dióxido de silicio amorfo sirve para reducir la tendencia al arqueamiento de las celdas solares de silicio.

La patente EP-1087646 describe unas pastas de aluminio que comprenden una frita de vidrio de silicato de cinc en un medio orgánico.

La patente EP-1713092 describe unas composiciones de película delgada conductoras que comprenden unas pastas de plata con aditivos de resinato de cinc.

Se ha encontrado ahora que se puede obtener composiciones de película delgada de aluminio, con un rendimiento similar o incluso mejor, cuando las composiciones de película delgada de aluminio descritas en la patente US-A2007/0079868 comprenden ciertos componentes orgánicos de cinc, en lugar, o además, del dióxido de silicio amorfo. Con las nuevas composiciones de película delgada de aluminio se puede minimizar... [Seguir leyendo]

1. Unas pastas de aluminio, que comprenden aluminio en forma de partículas, un componente orgánico de cinc y un vehículo orgánico que comprende un (os) solvente (s) orgánico (s) .

2. Las pastas de aluminio de la reivindicación 1, que comprenden adicionalmente una o más fritas de vidrio en una proporción total de 0, 01 a 5% en peso, basado en la composición total de la pasta de aluminio.

3. Las pastas de aluminio de la reivindicación 1 ó 2, que comprenden adicionalmente dióxido de silicio amorfo en una proporción situada por encima de 0 a 0, 5% en peso, basado en la composición total de la pasta de aluminio.

4. Las pastas de aluminio de la reivindicación 1, 2 ó 3, en las que el aluminio en forma de partículas está presente en una proporción de 50 a 80% en peso, basado en la composición total de la pasta de aluminio.

5. Las pastas de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en las que el componente orgánico de cinc se selecciona del grupo consistente en un compuesto orgánico de cinc sólido, una combinación de dos o más compuestos orgánicos de cinc sólidos, un compuesto orgánico de cinc líquido, una combinación de dos o más compuestos orgánicos de cinc líquidos, una combinación de unos compuestos orgánicos de cinc sólidos y líquidos y una solución de uno o más compuestos orgánicos de cinc en un (os) solvente (s) orgánico (s) .

6. Las pastas de aluminio de la reivindicación 5, en las que el componente orgánico de cinc está presente en una proporción que corresponde a una contribución de cinc de 0, 05 a 0, 6% en peso, basado en la composición total de la pasta de aluminio.

7. Las pastas de aluminio de la reivindicación 5, en las que el (los) compuesto (s) orgánico (s) de cinc es (son) un (os) compuesto (s) de una sal orgánica de cinc seleccionado (s) del grupo consistente en resinatos de cinc y carboxilatos de cinc.

8. Las pastas de aluminio de la reivindicación 5, en las que el componente orgánico de cinc es neodecanoato de cinc estando presente en una proporción de 0, 5 a 3, 0% en peso, basado en la composición total de la pasta de aluminio.

9. Las pastas de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en las que el vehículo orgánico comprende además un (os) polímero (s) orgánico (s) y/o un (os) aditivo (s) orgánico (s) .

10. Un procedimiento de conformación de una celda solar de silicio, que comprende las etapas de:

(i) aplicar una pasta de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes sobre la cara posterior de una oblea de silicio que tiene una región de tipo p, una región de tipo n y una unión p-n, y

(ii) cocer la superficie provista con la pasta de aluminio, con lo que la oblea alcanza una temperatura pico de 700 a 900ºC.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que la aplicación de la pasta de aluminio se realiza mediante estampación.

12. El procedimiento de la reivindicación 10 u 11, en el que la cocción se realiza por co-cocción conjuntamente con las otras pastas metálicas de cara anterior y/o de cara posterior que se han aplicado a la oblea de silicio para conformar allí durante la cocción unos electrodos en la cara anterior y/o en la cara posterior.

13. Unas celdas solares de silicio fabricadas mediante el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12.

14. Una celda solar de silicio, que comprende un electrodo posterior de aluminio, en la que el electrodo posterior de aluminio se produce haciendo uso de una pasta de aluminio de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

15. La celda solar de silicio de la reivindicación 14, que comprende además una oblea de silicio.