Método de fabricación de células solares de silicio multicristalino tipo n.

Método de fabricación de una célula solar a partir de un sustrato de silicio multicristalino tipo n,

comprendiendo en secuencia:

- proporcionar el sustrato de silicio multicristalino tipo n con un lado anterior y un lado posterior, siendo el lado anterior el lado de luz incidente;

- difundir fósforo en ambos lados de dicho sustrato para constituir una capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior y una capa de difusión de fósforo en dicho lado posterior;

- depositar una película dieléctrica que comprende hidrógeno sobre dicha capa de difusión de fósforo en dicho lado posterior

- eliminar dicha capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior;

- texturizar dicho lado anterior de dicho sustrato, después de la eliminación de dicha capa de difusión de fósforo, y a continuación

- depositar una película delgada de silicio tipo p en dicho lado anterior para formar una heterojuntura, donde después del paso de depositar dicha película dieléctrica, y antes de la formación de la heterojuntura, el método comprende el recocido para emitir el hidrógeno en la película dieléctrica y penetrar el hidrógeno en el sustrato, donde el paso de recocido se realiza a una temperatura que es más de 50º C superior a una temperatura en el paso de deposición de película dieléctrica.

Método de fabricación de células solares de silicio multicristalino tipo n [0001] La invención se refiere a la fabricación de células solares. Más particularmente se refiere a un método de fabricación de células solares usando un sustrato de silicio multicristalino tipo n.

Las células solares de silicio multicristalino (mc-Si) están normalmente hechas de un sustrato tipo p debido a su longitud de difusión más larga del portador minoritario que del tipo n. La materia prima de silicio para la industria de células solares depende en gran medida de la materia prima para la industria de circuitos integrados (CI) . Esto se debe a que en la producción de silicio, el Si de alta calidad se reserva para la industria de CI, y el Si de calidad inferior forma la materia prima para la industria de células solares. Debido a una reciente escasez de la totalidad de la materia prima de silicio, es deseable utilizar la materia prima de tipo n de forma más eficaz. Además, las células solares hechas de sustratos tipo n pueden incluso tener propiedades superiores en comparación con aquellas hechas de sustratos tipo p, debido a la vida relativamente más larga del portador minoritario en el Si tipo n. No obstante, la estructura y el proceso de fabricación más eficaces para células solares de silicio multicristalino tipo n son todavía sujeto de investigación, especialmente en lo que se refiere la formación de uniones. Para células solares de silicio cristalino único hechas de sustrato tipo n, se propuso la denominada estructura HIT (heterojuntura con capa delgada intrínseca) y demostró tener propiedades buenas. En la estructura HIT, se deposita una película delgada altamente dopada tipo p en el lado anterior (lado de luz incidente) y una película delgada altamente dopada tipo n se deposita en el lado posterior de una capa de silicio cristalino simple. Las películas delgadas para ambos lados se depositan a una temperatura relativamente baja inferior a los 250º C. Al aplicar la misma técnica en los sustratos de silicio multicristalino, se descubrió que las propiedades de las células solares fueron poco satisfactorias, véase "M. Taguchi, et al.", Actas de la 31ª Conferencia de especialistas fotovoltaicos de IEEE (Lake Buena Vista, Florida, 2005) págs. 866-871.

Hoy en día, para mejorar la propiedad en masa de sustratos de silicio multicristalino se usa un proceso de absorción mediante la difusión de fósforo. Este proceso elimina impurezas como el hierro incluido en el proceso de moldeado del lingote multicristalino. La pasivación de hidrógeno por recocido después de depositar la película que incluye hidrógeno también tiene un efecto para mejorar la propiedad en masa de sustratos de silicio multicristalino. Estos dos procesos ya han sidos usados en la producción de células solares hechas de sustratos multicristalinos tipo p. No obstante, no ha habido ninguna solución apropiada para integrar estos dos procesos en la fabricación de una estructura HIT en un sustrato de silicio multicristalino tipo n. Esto se debe a que la capa de película delgada depositada en el sustrato no puede mantener su calidad con un proceso de alta temperatura como la difusión de fósforo o la pasivación de hidrógeno.

Camel et al. en "Perspectives for a-Si/C-Si heterojunction solar cells with p or N type base, Conferencia de especialistas fotovoltaicos, 2005, trigésima primera IEEE Lake Buena Vista, FL EEUU 3-7 Enero 2005, páginas 1157-1160, Piscataway NJ EEUU, IEEE, US 3 enero 2005 " divulga células solares con heterojuntura a-Si/C-Si con base tipo p o n. Se describe una célula solar con emisor de heterojuntura en Cz Si tipo n con BSF térmicamente difundido en la superficie posterior.

Martinuzzi et al. en "N type multicr y stalline silicon wafers for solar cells, Conferencia de especialistas fotovoltaicos, 2005, trigésima primera IEEE Lake Buena Vista, FL EEUU 3-7 Enero 2005, páginas 919-922, Piscataway NJ EEUU, IEEE, US 3 enero 2005 " divulga obleas de silicio multicristalino tipo n para células solares. Un material de sustrato de Si multicristalino compuesto por tapas y colas de lingotes de Cz se usa como sustrato para una célula solar de juntura anterior convencional y una célula solar de juntura posterior.

Azzizi et al. en "Analysis of cell process induced chances in multicr y stalline silicon, Conferencia Mundial y Exposición sobre Conversión de Energía Solar Fotovoltaica, 11 mayo 2003 páginas 1384-1387 ", divulga un análisis de cambios inducidos por procesos de célula en el silicio multicristalino. El efecto de los pasos de proceso individuales en la calidad del silicio multicristalino se analiza para diferentes posiciones de lingote del material de lingote de Si multicristalino.

El documento US-A-5 705 828 divulga un dispositivo fotovoltaico con una estructura semiconductora multicapa que incluye una parte de n-i-n o p-i-p.

Cuevas et al. en, "Millisecond minority carrier lifetimes in n-type multicr y stalline silicon" Applied Physics Letters, American Institute of Physics, vol. 81, nº . 26, diciembre 2002, páginas 4952-4954 " divulga un método para la obtención de tiempos de vida altos de portadores minoritarios en silicio multicristalino tipo n cultivado por solidificación direccional y sometido a un proceso de absorción de fósforo.

Es un objetivo de la presente invención fabricar una célula solar con una estructura HIT usando un sustrato de silicio multicristalino tipo n donde la calidad de película delgada depositada no se logra mediante otros pasos de procesamiento.

Este objetivo se consigue por un método de fabricación de una célula solar a partir de un sustrato de silicio multicristalino tipo n que comprende en la secuencia:

- proporcionar el sustrato de silicio multicristalino tipo n con un lado anterior y un lado posterior, siendo el lado anterior el lado de luz incidente;

- difundir fósforo en ambos lados de dicho sustrato para dar una capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior y una capa de difusión de fósforo en dicho lado posterior;

- depositar una película dieléctrica comprendiendo hidrógeno sobre dicha capa de difusión de fósforo en dicho lado posterior;

- eliminar dicha capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior;

- texturizar dicho lado anterior de dicho sustrato, después de la eliminación de dicha capa de difusión de fósforo, y luego

- depositar una película delgada de silicio tipo p en dicho lado anterior para formar una heterojuntura, donde después del paso de depositar dicha película dieléctrica, y antes de la formación de la heterojuntura, el método comprende el recocido para emitir el hidrógeno de la película dieléctrica y penetrar el hidrógeno en el sustrato, donde el paso de recocido se realiza a una temperatura que es más de 50º C superior a una temperatura en el paso de deposición de la película dieléctrica.

Según la invención, la heterojuntura de película delgada se forma después del paso de difusión. Por lo tanto, el calentamiento de la película delgada de silicio tipo p a temperaturas más altas que su temperatura de deposición se puede evitar, y así la calidad de la película delgada de silicio tipo p se mantiene.

La película dieléctrica se deposita en la capa de fósforo difundido. Con la película dieléctrica, se mejora la reflexión interna en el lado posterior y se aumenta la corriente de la célula solar. Debido al recocido, se realiza una pasivación de hidrógeno. Este paso de pasivación se realiza antes de la formación de la heterojuntura de película delgada. Por lo tanto, se puede evitar el calentamiento de la película delgada de silicio tipo p a temperaturas más altas que su temperatura de deposición, y así se mantiene la calidad de la película delgada de silicio tipo p.

Preferiblemente, el dieléctrico comprende SiN. Si se adopta nitruro de silicio (SiN) para la película dieléctrica, el SiN puede proteger la capa de fósforo difundido de una solución de NaOH y un ácido fluórico diluido que se puede usar para el pretratamiento de la formación de la heterojuntura de película delgada.

La capa de difusión de fósforo en el lado posterior del sustrato se puede proporcionar difundiendo primero fósforo en ambos lados del sustrato para dar una capa de difusión en el lado anterior y en el lado posterior, y luego eliminar la capa de difusión en el lado anterior.

La invención también se refiere a una célula solar fabricada por el método anteriormente mencionado.

Otras ventajas y características de la presente invención se aclararán en base... [Seguir leyendo]

1. Método de fabricación de una célula solar a partir de un sustrato de silicio multicristalino tipo n, comprendiendo en secuencia:

- proporcionar el sustrato de silicio multicristalino tipo n con un lado anterior y un lado posterior, siendo el lado anterior el lado de luz incidente;

- difundir fósforo en ambos lados de dicho sustrato para constituir una capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior y una capa de difusión de fósforo en dicho lado posterior;

- depositar una película dieléctrica que comprende hidrógeno sobre dicha capa de difusión de fósforo en dicho lado posterior;

- eliminar dicha capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior;

- texturizar dicho lado anterior de dicho sustrato, después de la eliminación de dicha capa de difusión de fósforo, y a continuación

- depositar una película delgada de silicio tipo p en dicho lado anterior para formar una heterojuntura, donde después del paso de depositar dicha película dieléctrica, y antes de la formación de la heterojuntura, el método comprende el recocido para emitir el hidrógeno en la película dieléctrica y penetrar el hidrógeno en el sustrato, donde el paso de recocido se realiza a una temperatura que es más de 50º C superior a una temperatura en el paso de deposición de película dieléctrica.

2. Método según la reivindicación 1, donde dicho recocido se efectúa entre 700 y 800 º C.

3. Método según la reivindicación 1, donde la temperatura de recocido no excede los 1000 º C.

4. Método según la reivindicación 3, donde dicho lado anterior de dicho sustrato es texturizado por una solución química.

5. Método según la reivindicación 4, donde dicha solución química es una solución de NaOH al 3% .

6. Método según la reivindicación 3, donde la texturización de dicho lado anterior de dicho sustrato se realiza mediante el ataque de iones reactivos.

7. Método según la reivindicación 1, donde la capa de difusión de fósforo en dicho lado anterior es eliminada después de dicho recocido.

8. Método según la reivindicación 1, donde dicha película dieléctrica comprende SiN.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha película delgada de silicio tipo p se deposita a una temperatura inferior a 250º C.

10. Método según cualquiera de las reivindicacione.

8. 9, donde un contenido de hidrógeno de la película dieléctrica es entre 0, 5 -15 % atómico.

11. Método según cualquiera de las reivindicacione.

8. 10, comprendiendo dicho método además: -la deposición de ITO en dicho lado anterior; -el modelado de dicha película dieléctrica para contacto de electrodo; -la formación de electrodos en ambos lados.