Célula solar.

Célula solar que comprende una capa semiconductora (1), una capa colectora (6) para recoger portadoresde carga libres de la capa semiconductora (1) y una capa tampón (3) dispuesta entre la capasemiconductora (1) y la capa colectora (6),

capa tampón (3) que está diseñada como un contacto túnel (31)entre la capa semiconductora (1) y la capa colectora (6), estando hecha la capa tampón (3) esencialmentede un material con una densidad de carga superficial de al menos 1012 cm-2, preferentemente al menos5·1012 cm-2, de forma especialmente preferente de al menos 1013 cm-2, caracterizada porque la capasemiconductora (1) adyacente a la capa tampón (3) comprende una capa de dopado (5) y/o una capa deinversión (4) o capa de acumulación (4) inducida mediante la capa tampón (3).

Célula solar.

Ya es conocido el uso de un sistema de capa túnel para el contacto de una célula solar. En esta disposición, se inserta una capa túnel entre el emisor o base del semiconductor de la célula solar y una capa metálica que actúa como capa colectora para los portadores de carga que atraviesan la capa túnel. En tales capas túnel se utiliza por ejemplo óxido de silicio (SiO2) . Éstas se pueden utilizar al mismo tiempo para llevar a cabo la pasivación superficial, saturando los estados superficiales de recombinación activos del semiconductor. En las células solares formadas en base a un silicio, la capa túnel se puede producir mediante oxidación térmica. Sin embargo, las capas de SiO2 tienen la desventaja de que, desde el punto de vista tecnológico, resulta difícil llevar a cabo una pasivación superficial adecuada y al mismo tiempo conseguir una alta probabilidad de tunelización de los portadores de carga en la capa metálica.

Además, por regla general, en las células solares que presentan una heterounión que comprende, por ejemplo, una capa cristalina y una capa amoría, habitualmente dopada en su mayor parte, de un semiconductor, entre ambas capas semiconductoras se inserta una capa adicional para conseguir la pasivación superficial, en particular de la capa semiconductora cristalina. Para ello, en general se utiliza una capa semiconductora amoría fina intrínseca, esto es esencialmente no dopada. Además, en esta disposición, la pasivación, por ejemplo mediante una capa de silicio amorfo intrínseco, con frecuencia es insuficiente, lo que conduce a una reducción de la eficiencia de la célula solar. Además, tecnológicamente es difícil llevar a cabo una deposición de capa homogénea, por ejemplo mediante una deposición por vapor de la fase gas, cuando al mismo tiempo se debe conseguir una alta probabilidad de tunelización.

Así, el objeto de la invención es proporcionar una célula solar que comprende una capa túnel dispuesta entre una capa semiconductora y una capa colectora, siendo dicha célula solar fácil de obtener tecnológicamente y además altamente eficiente.

Este objeto se logra según la invención mediante una célula solar con las características indicadas en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican realizaciones ventajosas de la invención.

La invención se basa en el reconocimiento de que una capa tampón con una alta densidad de carga superficial, de al menos 1012 cm-2, preferentemente de al menos 5·1012 cm-2, de forma especialmente preferente de al menos 1013 cm-2, es particularmente adecuada para formar un contacto túnel y al mismo tiempo asegurar una pasivación superficial adecuada mediante pasivación por efecto de campo. Además, la capa tampón, debido a su alta densidad de carga superficial, puede inducir una capa de inversión o capa de acumulación en una capa semiconductora situada por debajo de la misma. La densidad de carga superficial de la capa tampón puede ser negativa o positiva. La intensidad y el tipo de la capa inducida dependen en particular de la polaridad de la densidad de carga superficial, así como del material y el dopado de la capa semiconductora. Las propiedades eléctricas y la expansión espacial del contacto túnel también dependen de las características eléctricas de la capa de inversión o capa de acumulación.

En este documento, el término “capa” también se puede referir a una estructura en forma de capas que se extiende únicamente sobre una región limitada de la célula solar. Dicho de otro modo, la capa semiconductora, la capa colectora, la capa tampón o similares pueden estar limitadas a regiones insulares o bandas sobre la célula solar. Así, no es necesario que las capas se extiendan esencialmente sobre toda la célula solar, que normalmente es plana. Además, el término “capa” no se relaciona necesariamente con una disposición plana o llana; en su lugar, puede estar curvada o doblada para su conformación con respecto a una estructura subyacente, por ejemplo puede tener un diseño en forma de plato o de copa.

El documento US 2008/105299 A1 describe una estructura de célula solar de película fina, que se fabrica sobre un sustrato de cristal. La estructura comprende una capa de contacto trasera y una capa de contacto delantera, entre las que se dispone una capa semiconductora. Entre la capa metálica de contacto delantera y la capa semiconductora se dispone una capa tampón. En el documento US 2008/105299 A1 se proporcionan diversos ejemplos de materiales adecuados para la capa tampón, entre ellos óxido de zinc-aluminio (ZnAlOx) . En una realización, la capa tampón puede estar hecha de un material dieléctrico y actuar como capa túnel.

El documento US 4.253.881 se refiere a células solares de semiconductores aislantes metálicos (MIS) y a células solares de capa de inversión. En una realización, la célula solar conocida comprende dos capas aislantes en la cara delantera de su sustrato semiconductor. Las capas aislantes comprenden una capa de óxido de silicio formada directamente sobre el sustrato semiconductor y un nitruro de silicio depositado sobre la capa de SiO2. Esta segunda capa aislante está hecha de modo que presenta una alta densidad de carga superficial de 5·1012 - 7·1012 cm-2.

El documento US 5.009.719 describe una célula solar en tándem que tiene dos estructuras de célula solar diferentes apiladas una sobre la otra. Entre las dos estructuras de célula solar se dispone una capa tampón. La capa tampón soporta la red de combinación entre las redes cristalinas de las capas adyacentes y forma una unión túnel entre las dos estructuras de célula solar.

Un posible método para producir la célula solar incluye un paso de proporcionar la capa semiconductora, aplicación posterior de la capa tampón sobre la capa semiconductora y la aplicación de la capa colectora sobre la capa tampón. También se pueden prever pasos de aplicación adicionales para aplicar capas intermedias o pasos de estructuración adicionales. La capa semiconductora puede estar presente en forma de una oblea o se puede depositar por vapor sobre un sustrato en un proceso de película fina. En este último caso, la secuencia de deposición de la capa también se puede invertir, de modo que, por ejemplo, sobre un sustrato o un superestrato se aplica una primera capa colectora y a continuación sobre dicha capa colectora se depositan por vapor la capa tampón y la capa semiconductora.

El concepto de que la capa tampón está hecha esencialmente de un material determinado, significa en particular que la capa tampón puede comprender trazas de otros materiales debido a imperfecciones en el proceso de fabricación, en las materias primas o similares.

De acuerdo con una realización ventajosa, la capa tampón está hecha esencialmente de un material con una densidad de carga superficial negativa. El fluoruro de aluminio (AlF3) , con una densidad de carga negativa de entre aproximadamente 1012 y aproximadamente 1013 cm-2, es un ejemplo de material con densidad de carga superficial negativa. La densidad de carga superficial negativa tiene la ventaja de que el material es particularmente adecuado para su contacto con una capa semiconductora tipo p, que, por ejemplo en el campo de la tecnología fotovoltaica basada en silicio, es con mucho el tipo conductivo utilizado para un absorbente con mayor frecuencia.

En una realización conveniente, está previsto que la capa tampón esté hecha esencialmente de óxido de aluminio. El óxido de aluminio (Al2O3) se puede aplicar con un espesor de capa homogéneo utilizando un proceso de aplicación adecuado o un proceso de deposición por vapor. Además, dicha capa de óxido de aluminio es particularmente adecuada para la pasivación superficial. Como resultado de su alta densidad de carga superficial negativa, una capa de inversión o capa de acumulación así inducida también tiene una buena conductividad.

En una realización preferente, está previsto que la capa tampón esté formada sin poros. Dicho de otro modo, la capa tampón está esencialmente libre de defectos y, en particular, no incluye ninguna abertura (poro) que se extienda atravesando el espesor de la capa tampón.

De acuerdo con una realización ventajosa, la capa tampón se aplica mediante deposición de capas atómicas (ALD) . Por medio de la ALD, donde se llevan a cabo deposiciones de capas atómicas una tras otra, se pueden producir en particular capas delgadas sin defectos. En este proceso, el espesor de capa se puede controlar con mucha precisión. En particular en la producción de capas de óxido de aluminio, la ALD produce capas tampón con características electrónicas muy ventajosas.

Preferentemente, la capa... [Seguir leyendo]

1. Célula solar que comprende una capa semiconductora (1) , una capa colectora (6) para recoger portadores de carga libres de la capa semiconductora (1) y una capa tampón (3) dispuesta entre la capa semiconductora (1) y la capa colectora (6) , capa tampón (3) que está diseñada como un contacto túnel (31) entre la capa semiconductora (1) y la capa colectora (6) , estando hecha la capa tampón (3) esencialmente de un material con una densidad de carga superficial de al menos 1012 cm-2, preferentemente al menos 5·1012 cm-2, de forma especialmente preferente de al menos 1013 cm-2, caracterizada porque la capa semiconductora (1) adyacente a la capa tampón (3) comprende una capa de dopado (5) y/o una capa de inversión (4) o capa de acumulación (4) inducida mediante la capa tampón (3) .

2. Célula solar según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la capa tampón (3) está hecha esencialmente de un material con una densidad de carga superficial negativa.

3. Célula solar según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la capa tampón (3) está hecha esencialmente de óxido de aluminio.

4. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa tampón (3) está formada sin poros.

5. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa tampón (3) se aplica mediante deposición de capa atómica.

6. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa tampón (3) presenta un espesor entre 0, 1 y 10 nm, preferentemente entre 1 y 3 nm.

7. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa semiconductora (1) está hecha de un semiconductor cristalino.

8. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa semiconductora (1) presenta un dopado n o un dopado p.

9. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa tampón (3) está diseñada como una capa antirreflectante (11) .

10. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa colectora (6) comprende un metal, una aleación metálica y/o un material conductor transparente.

11. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la capa colectora (6) comprende un semiconductor.

12. Célula solar según la reivindicación 11, caracterizada porque la capa colectora (6) comprende un semiconductor amorfo.

13. Célula solar según la reivindicación 11 o 12, caracterizada porque la capa colectora (6) presenta un dopado n o un dopado p.

14. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada porque sobre la capa colectora

(6) se forma una capa de contacto (7) de un material conductor.

15. Célula solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en una cara de la capa semiconductora (1) orientada en sentido opuesto a la capa tampón (3a; 3b) está prevista una capa tampón adicional (3b; 3a) entre la capa semiconductora (1) y una capa colectora adicional (3) .