Método para producir una celda solar monocristalina.

Método para la producción de una celda solar monocristalina con un lado posterior pasivado y una estructura de contacto de lado posterior,

el cual comprende los siguientes pasos:

- aplicación por toda el área de una capa dieléctrica pasivante (8) en el lado posterior de la celda;

- remoción local de la capa pasivante (8) en la zona del barraje (13) y de los sitios de contacto locales (9);

- recubrimiento homogéneo del lado posterior de la celda para formar una capa metálica delgada, no estructurada (10), la cual toca la superficie del material sustrato en las zonas libres de capa de pasivación (8);

caracterizado porque

están previstos además los siguientes pasos:

- generan una capa gruesa de una pasta conductora en la zona del barraje (13) y los sitios de contacto locales (9) y

- sinterizar la capa gruesa a una temperatura por encima de una temperatura de eutéctico predefinida y la formación de una conexión eutéctica, de baja resistencia (14) de la capa metálica delgada (10) con la superficie del material de sustrato así como con las partículas conductoras de la pasta de capa gruesa.

Método para producir una celda solar monocristalina La invención se refiere a un método para la producción de una celda solar monocristalina con un lado posterior pasivado y una estructura de contacto del lado posterior, así como a una celda producida de acuerdo con el método de este tipo.

Se conoce que las celdas solares de silicio que tienen una capa antirreflectiva en la capa n-emisora del lado frontal se proveen en el lado posterior con una metalización por toda la superficie de la región base para recubrimiento tipo espejo y para curvatura de banda (Back Surface Field - BSF) .

Una tal metalización de la parte posterior consiste usualmente en una pasta de capa gruesa a base de aluminio, imprimida en gran parte del área, la cual, al sinterizarse por encima de 800 °C, se alea formando el e utéctico de AlSi con bajo punto de fusión y recristalizándose en la superficie del semiconductor y en tal caso sobre-compensa el ndopaje debido a una difusión de fósforo previamente efectuada para p+-dopaje.

Puesto que para la integración modular de las celdas también se necesitan contactos soldables en el lado posterior, se requiere aplicar previamente una impresión con pasta a base de plata, en cuyo caso la impresión reproduce usualmente el número y la posición del embarrado (barraje) presente del lado frontal en el lado posterior. Una celda de este tipo, del estado de la técnica, se muestra en la representación de principio según la figura 1. El barraje del lado posterior se imprime en forma de franjas por debajo del barraje del lado frontal, antes de que la impresión de pasta de aluminio final llene las áreas restantes en el lado del barraje, en cuyo caso el aluminio y la plata se solapan a lo largo de los bordes de cada franja de plata.

También se propuso reemplazar la metalización de capa gruesa por una capa de pasivación dieléctrica, la mayoría de las veces oxídica, en cuyo caso la conexión eléctrica de la metalización del lado posterior por un área grande de la superficie del semiconductor se logra mediante contactos puntuales pequeños (Local Back Surface Field - Local BSF) , en la mayoría de veces dispuestos regularmente en posiciones de matriz.

La estructura de contacto del lado posterior, formada en este caso, encuentra aplicación en múltiples variantes. Del estado de la técnica mencionado se llama la atención a las siguientes citas bibliográficas: A.W. Blakers et al, Appl. Phys. Lett., 55 (1989) , páginas 1363 a 1365; G. Agostinelli et al, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference (2005) , Barcelona, España, página 647; y P. Choulat et al, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference (2007) , Milán, Italia.

En los documentos WO 2006/029250 A2 y US 2004/0200520 A1 también se describen celdas solares que tienen una estructura de contacto de lado posterior. Sin embargo, en el proceso de producción de la estructura de contacto de lado posterior no está previsto combinar una capa metálica delgada con una capa gruesa de una pasta conductora para formas una conexión eutéctica.

Los contactos BSF locales más difundidos son los llamados "Laser Fired Contacts" (contactos LFC) , en los que la capa metálica aplicada previamente mediante bombardeo láser, formada casi siempre como aluminio de película delgada, se funde a través de la capa de óxido con la superficie del semiconductor.

Una desventaja esencial del método de contacto accionado por láser es que la multiplicidad de los contactos locales necesarios debe producirse secuencialmente y por lo tanto en un número tal alto como sea posible por segundo y a una intensidad de luz alta. Durante la fusión puntual de alta energía que surge aquí del aluminio a través de la capa de óxido con frecuencia tiene lugar un daño de la superficie de silicio entre los contactos locales, lo cual se expresa principalmente en una elevada velocidad de combinación de superficies y, con esto, un efecto reducido de pasivación.

De lo previamente dicho, el objeto de la invención es, por lo tanto, indicar un método perfeccionado para la producción de una celda solar monocristalina con un lado posterior pasivado y una estructura de contacto del lado posterior, el cual señala un método protector y que ahorra tiempo para la producción de una combinación ce capa con diversas funcionalidades para el contacto local de un la posterior de celda solar.

El logro de este objetivo de la invención se efectúa mediante la enseñanza según la secuencia de pasos de la reivindicación 1 de patente.

Por consiguiente, el método de la invención se refiere a una sucesión de pasos de procesos para la producción de contactos locales de una capa metálica a través de una capa de pasivación de toda el área de un lado posterior de la celda sobre la superficie del semiconductor, en cuyo caso de manera inventiva se combina una generación de

capa delgada con la generación de una capa gruesa mediante impresión por tamiz o impresión de plantillas. En tal caso, mediante la secuencia del método según la invención se genera una, así llamada, estructura PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) , en cuyo caso existen ventajas esenciales frente al estado de la técnica.

Estas ventajas se muestran en que la capa de pasivación, que representa simultáneamente un aislamiento eléctrico, puede formarse a partir de un material adecuado de la mejor manera respectivamente y con la tecnología respectivamente más adecuada. Asimismo, esta capa de pasivación puede abrirse localmente con una tecnología tal que tiene como consecuencia las interacciones más bajas con los componentes restantes. La capa de pasivación se cubre a su vez usando una tecnología protectora, principalmente la tecnología de capa delgada, con una metalización adecuada de la mejor manera, principalmente aluminio, en cuyo caso las áreas de contacto locales también se cubren con las grandes áreas aisladas sobre la superficie de semiconductor.

La producción de las áreas BSF locales de la AlSi recristalizada en las áreas de contacto locales se combina con la sinterización de una pasta de capa gruesa, principalmente de una pasta de plata, que se aplica previamente a los contactos locales y a las áreas de contacto externo mediante impresión. En tal caso, la fusión del eutéctico AlSi se utiliza con el fin de asegurar una conexión de baja resistencia duradera de la metalización de capa de pasivación con la capa BSF limitada localmente en el semiconductor a través de su reacción con la pasta conductora, particularmente pasta de plata, que conduce a la formación de fases intermetálicas del sistema Ag - Al.

Los pasos más esenciales del método pueden resumirse como sigue.

Sobre un material celular procesado previamente de manera usual se aplica por toda el área una capa dieléctrica, pasivante al menos sobre un lado posterior de la celda. A continuación se realiza una remoción local de la capa pasivante en la región del barraje y los sitios de contacto el lado posterior.

A continuación, el lado posterior de la celda se recubre de manera homogénea y precisamente para la formación de una capa metálica delgada, no estructurada, la cual toca la superficie del material de sustrato, es decir la superficie de semiconductor, en las zonas libres de la capa de pasivación.

Luego se realiza una generación de una capa gruesa a partir de una pasta conductora en la región del barraje y los sitios de contacto.

Después sigue una sinterización de la capa gruesa a una temperatura por encima de una temperatura de eutéctico pre-definida y la formación de una conexión eutéctica, de baja resistencia, de la capa metálica delgada con la superficie del material de sustrato así como con las partículas conductoras de la pasta de capa gruesa.

La capa de pasivación previamente mencionada puede componerse de un óxido de silicio, óxido de aluminio o material similar.

La capa delgada se genera preferiblemente mediante pulverización catódica o deposición de vapor de un material de aluminio.

También pueden generarse circuitos impresos y barrajes (bus bar) necesarios en el lado frontal mediante impresión de clasificación de capa gruesa o impresión de plantillas.

Ambas capas gruesas, es decir la capa gruesa en el lado frontal o anterior y la capa gruesa en el lado posterior pueden sinterizarse durante un tratamiento de temperatura conjunto.

Para la realización de capa gruesa se seleccionan pastas... [Seguir leyendo]

1. Método para la producción de una celda solar monocristalina con un lado posterior pasivado y una estructura de contacto de lado posterior, el cual comprende los siguientes pasos:

- aplicación por toda el área de una capa dieléctrica pasivante (8) en el lado posterior de la celda;

- remoción local de la capa pasivante (8) en la zona del barraje (13) y de los sitios de contacto locales (9) ;

- recubrimiento homogéneo del lado posterior de la celda para formar una capa metálica delgada, no estructurada (10) , la cual toca la superficie del material sustrato en las zonas libres de capa de pasivación (8) ; caracterizado porque están previstos además los siguientes pasos:

- generan una capa gruesa de una pasta conductora en la zona del barraje (13) y los sitios de contacto locales (9) y

- sinterizar la capa gruesa a una temperatura por encima de una temperatura de eutéctico predefinida y la formación de una conexión eutéctica, de baja resistencia (14) de la capa metálica delgada (10) con la superficie del material de sustrato así como con las partículas conductoras de la pasta de capa gruesa.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de pasivación (8) se compone de óxido de silicio, óxido de aluminio, nitruro de silicio, carburo de silicio, secuencias de capas de óxido de silicio-nitruro de silicio, silicio amorfo y nitruro de silicio o materiales comparables respecto de sus propiedades.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la capa delgada (10) se forma mediante pulverización catódica o deposición de vapor principalmente de un material que contiene aluminio.

4. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el lado frontal o anterior se generan circuitos impresos y barraje (bus bar) (4) mediante impresión por tamiz de capa gruesa o impresión de plantillas.

5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa gruesa en la zona del bus bar (barraje) (13) y de los sitios de contacto locales (9) se genera en el sitio posterior mediante impresión por tamiz o impresión de plantillas.

6. Método según la reivindicación 4 y 5, caracterizado porque se sinterizan las capas gruesas en un paso de tratamiento de temperatura conjunto.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque la sinterización se realiza en un rango de temperaturas por encima de 580°C, aunque por debajo de 660°C, pr eferentemente entre 580°C y 620°C.

8. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pasta conductora (11) contiene plata.

9. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sinterización de la capa gruesa se efectúa a una temperatura por encima de la temperatura de eutéctico de aluminio-silicio de 577°C, pero por debajo de la temperatura de fusión de aluminio de 660°C.

10. Celda solar producida según un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes.