PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE CÉLULAS SOLARES EN TÁNDEM QUE COMPRENDEN CAPAS DE SILICIO MICROCRISTALINO.

Procedimiento de fabricación de células solares en tándem que comprenden capas de silicio microcristalino La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de silicio microcristalino (c-Si), en particular de células solares (c-Si : H) p-i-n así como células solares en tándem de silicio amorfo (-Si:H) y de silicio microcristalino en estructura p-i-n/p-i-n. La invención se refiere, además, a un dispositivo para la realización del procedimiento de fabricación. Estado de la técnica De acuerdo con el estado actual de la técnica, se fabrican células solares de C-Si : H así como células solares de -Si:H/c-Si:H habitualmente en instalaciones de plasma-CVD de varias cámaras. La ventaja en este procedimiento PECVD (:pasma enhanced chemical vapor deposition), es que regularmente se evita una contaminación de la capa de absorción intrínseca (capa-i) a través de arrastre de boro de las paredes del reactor y de la superficie de los electrodos desde la capa-p fabricada previamente. No obstante, los procesos de varias capas tienen el inconveniente de ser costosos de tiempo y, por lo tanto, intensivos de costes. La fabricación en procesos de una cámara se puede realizar, en efecto, en principio, pero hasta ahora estos procesos solamente han sido realizados, en general, con métodos costosos, como por ejemplo con un tratamiento de plasma o con la expulsión intermedia de los sustratos a recubrir. Por lo tanto, estos procedimientos de fabricación son hasta ahora poco adecuados para la producción industrial. Los procesos de una cámara, que pueden prescindir de estos métodos costosos, se conocen [1] desde hace mucho tiempo para la fabricación de células solares amorfas. Se conoce a partir del documento EP 1 041 646 A1 fabricar la estructura p-i-n microcristalina de una célula solar en un proceso de una cámara. En cambio, para la fabricación de células solares de C-Si : H se necesitan diluciones de hidrógeno muy altas que, sin embargo, se ha comprobado que son especialmente críticas con respecto a la problemática de arrastre. Los plasmas de H2 son, en general, muy reactivos y presentan propiedades decapantes [2]. La fabricación de una célula solar de C-Si : H en el proceso de una cámara fue presentada en 2003 en el 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, en Osaka, Japón. Allí se publicó que en un reactor de una cámara comercial, que había sido utilizado hasta ahora para la fabricación de módulos de células solares de -Si:H, se han fabricado ahora células solares de c-Si:H en el procedimiento de una cámara [3]. Como parámetros del proceso se mencionaron el empleo de un sustrato de SnO2, separación de RF-PECVD a 13,65 MHz y silano altamente diluido con hidrógeno como gas de reacción. Un electrodo de 12 x 15 fue utilizado para el recubrimiento simultáneo de cuatro sustratos de 12 x 15, respectivamente. A través del recubrimiento simultáneo se ha podido compensar de manera ventajosa la tasa de crecimiento muy lenta de silicioc. La temperatura del sustrato era 200ºC. Para la supervisión de la calidad de las capas fabricadas se midieron curvas de la tensión de la corriente de luz (I-V), curvas de la tensión de la corriente oscura (I-V) y la respuesta espectral (QE). Se consiguió aproximadamente 5 % de rendimiento sobre una superficie de 0,146 cm 2 . Como origen para las inhomogeneidades extremas se mencionó una distribución insuficiente del gas en el caso de utilización de tensiones de alta HF. El estado actual de la técnica para células solares de c-Si:H, tal como se pueden fabricar actualmente a través de procesos de varias cámaras no se puede alcanzar, sin embargo, ni de lejos con los procesos de una cámara mencionados anteriormente, en lo que se refiere a los rendimientos alcanzados y a la homogeneidad. Cometido y solución El cometido de la invención es proporcionar un procedimiento sencillo, de coste favorable y adecuado para la aplicación industrial para la fabricación de células solares en tándem con capas de c-Si:H. El cometido de la invención se soluciona por medio de un procedimiento con la totalidad de las características de la reivindicación principal. Las formas de realización ventajosas se encuentran en las reivindicaciones relacionadas. Objeto de la invención E04816261 27-12-2011 El procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación de células solares en tándem completamente en un proceso de una cámara proporciona separaciones homogéneas en particular de superficie grande, que se reflejan en rendimientos claramente más elevados que hasta ahora con procesos de una cámara. El procedimiento soluciona, además, el problema de la contaminación desfavorable de boro en las capas de c-silicio intrínsecas. Se ha podido mostrar que por medio de PECVD a 13,56 MHz se puede fabricar c-Si:H de manera homogénea sobre superficies de hasta 30 x 30 cm 2 2 y que de esta manera se pueden conseguir altos rendimientos en células de capa delgada. El régimen de deposición se caracteriza por la utilización de una alta presión de deposición y altas potencias HF. Esta combinación es responsable de altas tasas de separación con una calidad del material al mismo   tiempo buena. Sobre este proceso se basa el procedimiento de una cámara de acuerdo con la invención. El procedimiento para la fabricación de capas homogéneas de c-silicio sobre un sustrato, en particular de la capa-i y de la capa-p para una célula solar con la ayuda del CVD de plasma a 13,56 MHz, se realiza en un régimen de deposición, que se puede caracterizar por los parámetros de proceso indicados a continuación. Adicionalmente, se indica una zona de ventana de proceso que, de acuerdo con el estado actual de la ciencia, se considera como especialmente adecuada. No obstante, esta ventana de proceso se puede ampliar, por ejemplo, cuando se utilizan frecuencias más elevadas para la separación. Para este caso, se ha ampliado la ventana de proceso, dado el caso, a espesores más pequeños así como a concentraciones mayores de silano. Parámetros de proceso para la capa de absorción de c-Si:H (capa-i): Parámetro Proceso MK conocido Ejemplo de realización para proceso EK Distancia entre los electrodos Distribución del gas Cabezal de ducha, retículo 9 mm, distribución del gas en 3 fases 10 mm 12,5 mm 5 a 15 mm Cabezal de ducha, retículo 9 mm, distribución del gas en 3 fases 3 Ventaja de proceso aceptada para proceso EK Cabezal de ducha, retículo < distancia entre los electrodos Flujo de gas H2 2,4 sccm/cm 2 (24 slm/m 2 ) 1,4 sccm/cm 2 (14 slm/m 2 ) > 0,3 sccm/cm 2 (> 3 slm/m 2 ) para homogeneidad Flujo de gas SiH4 0,02 sccm/cm 2 (0,2 slm/m 2 ) 0,02 sccm/cm 2 (0,2 slm/m 2 ) Presión del proceso 13 hPa 10,4 hPa 3 a 50 hPa Temperatura del sustrato 150ºC 150ºC 50 220 ºC Potencia HF 0,35 W/cm 2 Los parámetros de proceso para la capa-p de c-Si:H: 0,35 W/cm 2 0,01-3 sccm/cm 2 (> 01-30 slm/m 2 ) 0,2 - 2 W/cm 2 E04816261 27-12-2011 La capa-p de c-Si:H se fabrica de manera similar a la capa-i en un régimen de deposición utilizando alta presión de deposición y alta potencia HF. La concentración de silano se ajusta más baja en comparación con la capa-i y es, por ejemplo, 0,004 sccm/cm 2 (0,04 slm/m 2 ) y 1,43 sccm/cm 2 de H2 (14,3 slm/m 2 ). En el procedimiento de acuerdo con la invención, se trabaja normalmente con una frecuencia de excitación del plasma de 13,65 MHz, pero también son posibles otras frecuencias de excitación, en particular más elevadas, como por ejemplo 27 ó 40,5 MHz (n veces de 13,56 MHz). Opcionalmente, en la fabricación de células solares con capas de silicio microcristalino, se aplicas también capas tampón. La utilización de una capa tampón con alta dilución de H2 en la superficie límite de p/i provoca de manera ventajosa una reducción adicional de la problemática de arrastre. Parámetros de proceso para una capa tampón óptima de c-Si:H: una capa tampón adecuada de c-Si:H se puede fabricar, como la capa-p y la capa-i de c-Si:H en un régimen de deposición utilizando alta presión de deposición y alta potencia HF. La concentración de silano o bien el flujo de silano se ajusta en este caso tan grande como para la capa-p de c-Si:H, pero la capa tampón se separa intrínsecamente, lo que significa sin adición de gas de dotación. El modo de actuación de una célula solar es, en general, tanto mejor cuanto más aguda es la transición de la capa-p a la capa-i, es decir, la zona en la que tienen lugar las recombinaciones. Normalmente, durante la separación de la capa-i sobre una capa-P altamente dotada se producen arrastres, en los que se incorpora boro en la capa-i. Se ha comprobado que puede ser ventajoso aplicar en primer lugar una capa tampón débilmente dotada de 5 a 100 nm, en la que solamente existe una dotación débil de boro en el intervalo de 1*10 17 a 1*10 18 átomos/cm 3 , sobre la capa-p altamente... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento para la fabricación de células solares en tándem de silicio amorfo (-Si:H) y silicio microcristalino (c-Si:H), que comprenden dos secuencias de capas p-i-n con la ayuda de un procedimiento PE-CVD, caracterizado porque - todas las capas de las secuencias de capas p-i-n son separadas en un proceso de una cámara y también en la deposición de la capa-i microcristalina; - la distancia entre los electrodos está entre 5 y 15 mm; - la distribución del gas se realiza a través de una entrada de gas de cabezal de ducha, que garantiza una distribución homogénea del gas sobre el sustrato; - se ajusta un flujo de gas SiH4 entre 0,01 y 3 sccm/cm 2 y un flujo de gas H2 > 0,3 sccm/cm 2 ; - se ajusta una presión de proceso entre 3 y 50 hPa; - se ajusta una temperatura de calefacción para el sustrato entre 50 y 280ºC; - y se ajusta una potencia HF entre 0,2 y 2 vatios/cm 2 . 2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la distancia entre los electrodos está entre 10 y 15 mm. 3.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la entrada de gas de cabezal de ducha presenta un retículo, que es inferior a la distancia seleccionada entre los electrodos. 4.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se ajusta un flujo de gas H2 > 0,3 a 30 sccm/cm 2 , en particular > 0,3 a 10 sccm/cm 2 ; 5.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que se ajusta un flujo de gas SiH4 entre 0,01 y 1 sccm/cm 2 . 6.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se ajusta una presión de proceso entre 8 y 15 hPa. 7.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la temperatura de calefacción para el sustrato se ajusta entre 80 y 180º. 8.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se separa al menos una capa homogénea de c-silicio sobre un sustrato con un tamaño mayor que 20 x 20 cm, en particular mayor que 30 x 30 cm. 9.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se emplea un sustrato de ZnO texturizado. 10.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que entre la capa-p y la capa-i microcristalinas se separa una capa tampón adicional. 11.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que se separan sustratos de más de 30 x 30 cm, en particular de más de 50 x 50 cm, y de manera especial de más de 1 x 1 m de una manera homogénea. 12.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que se selecciona una frecuencia más elevada de excitación del plasma, en particular un múltiplo de 13,56 MHz. E04816261 27-12-2011   6 E04816261 27-12-2011