Método para producir una célula solar de silicio con un emisor decapado por grabado así como una célula solar correspondiente.

Un método para producir una célula solar de silicio (1) con un emisor selectivo,

según la reivindicación 12, donde el método comprende, en el siguiente orden:

producir un emisor que se extiende en dos dimensiones (5) en una superficie del emisor de un sustrato de célula solar (13);

aplicar una barrera contra el grabado (25) sobre las primeras zonas parciales (8) de la superficie del emisor;

grabar la superficie del emisor en las segundas zonas parciales (9) de la superficie del emisor no cubierta por la barrera contra el grabado (25);

retirar la barrera contra el grabado (25); y

producir contactos metálicos (17) en las primeras zonas parciales (7).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/059647.

Solicitante: UNIVERSITAT KONSTANZ.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: UNIVERSITATSSTRASSE 10 78464 KONSTANZ ALEMANIA.

Inventor/es: HAHN,GISO, RAABE,BERND, HAVERKAMP,HELGE, DASTGHEIB-SHIRAZI,AMIR, BOOK,FELIX.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L31/028 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › comprendiendo, aparte de los materiales de dopado u otras impurezas, únicamente elementos del Grupo IV de la clasificación periódica.
  • H01L31/068 H01L 31/00 […] › siendo las barreras de potencial únicamente del tipo PN a homounión, p.ej. células solares PN a homounión de sílice homogéneo o de láminas de sílice policristalino.

PDF original: ES-2505322_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método para producir una célula solar de silicio con un emisor decapado por grabado así como una célula solar correspondiente

La presente invención se refiere a un método para producir una célula solar de silicio con un emisor decapado por grabado, preferiblemente selectivo al Igual que una célula solar correspondiente.

Es conocido que los emisores producidos en una superficie de una célula solar a menudo exhiben, por cuestiones de producción, una alta concentración de dopaje directamente en la superficie. Esta alta concentración de dopaje puede conducir a pérdidas por recombinación, especialmente con respecto a pares de transporte de carga generados cerca de la superficie.

Por lo tanto es deseable hacer posible un método de producción para una célula solar, donde la concentración de dopaje en la superficie del emisor puede reducirse de una manera tecnológicamente sencilla.

En su mayor parte, actualmente las células solares fabricadas industrialmente se producen basadas en silicio, especialmente silicio cristalino. La gran mayoría de estas células solares se proporcionan con una capa homogénea de emisor en toda el área de la superficie frontal y/o en la superficie posterior del sustrato de la célula solar. Los contactos metálicos se producen por medio de pastas para película gruesa en el procedimiento de serigrafía en el caso de muchas de las células solares de silicio producidas industrialmente hoy en día. Para este propósito, una pasta que contiene partículas de metal se imprime localmente sobre el emisor frontal y luego se cuece dentro del emisor, con el fin de formar un buen contacto eléctrico con la capa de emisor.

Es conocido aquí que es necesario proporcionar la capa de emisor, al menos en las zonas en contacto por los contactos metálicos, con una alta concentración de dopaje en la región de la superficie del emisor con el fin de obtener un buen contacto óhmico.

Un parámetro característico para valorar la calidad del emisor, es decir la concentración de dopaje Integrada sobre la sección transversal de la capa de emisor, es la denominada resistencia laminar. Cuanto mayor es la resistencia laminar, menor es la concentración de dopaje dentro de la capa de emisor y menor, como norma, la concentración de dopaje en la superficie de la capa de emisor. Se ha descubierto que, con emisores producidos convenclonalmente, una resistencia laminar máxima de emisores capaces de entrar en contacto con técnicas de metalización por serigrafía, está típicamente dentro del Intervalo de 5-6 ohms por cuadrado. Las capas de emisor con resistencias laminares mayores y fundamentalmente de este modo menor dopaje, habitualmente ya no pueden hacer contacto de manera fiable por medio de pastas para película gruesa.

Cuando se usan industrialmente de forma ventajosa técnicas de metalización por serigrafía, es necesario ofrecer capas de emisor con una alta concentración de dopaje en la superficie en la reglón de los contactos metálicos. Por otro lado, sin embargo, es conocido que tal concentración alta de dopaje en la superficie puede estar acompañada de fuertes pérdidas por recombinación en la superficie de la célula solar. En particular, los pares de transporte de carga que se producen por luz de alta frecuencia (azul o UV) muy cerca de la superficie de la célula solar frontal se recomblnan rápidamente dentro de esta capa de emisor fuertemente dopada y por lo tanto ya no pueden contribuir a la corriente de la célula solar. Esto puede reducir la IQE (eficiencia cuántica interna por sus siglas en inglés) en el espectro de luz de alta frecuencia y de este modo la corriente total suministrada por la célula solar, que reduce finalmente la eficiencia de la célula solar. Un efecto adicional de una alta concentración de dopaje en la superficie puede ser un denominado estrechamiento de la banda prohibida, que puede conducir a un voltaje del circuito abierto reducido. Los intentos de satisfacer estos requerimientos contradictorios para una buena contactabilidad por un lado y una buena IQE por otro lado conducen al concepto del denominado emisor selectivo. En este último caso, las zonas de emisor directamente debajo de los contactos metálicos están de manera local fuertemente dopados, mientras que las zonas que descansan entre medias tienen una concentración de dopaje mucho menor.

Ya se han desarrollado y ensayado diversos métodos para producir estructuras de emisores selectivos, principalmente a escala de laboratorio. En una aproximación, una estructura de emisor selectivo puede producirse según dos procedimientos de difusión separados en dos etapas separadas del proceso, usando una capa enmascarante local, para lo cual se usan frecuentemente capas dieléctricas. Aquí, sin embargo, son necesarios varios procedimientos de difusión a alta temperatura, y esto puede aumentar el coste de producción significativamente. Alternativamente, una estructura de emisor selectivo puede producirse por grabado local de una capa de emisor previamente producida homogéneamente.

Sin embargo, tales métodos de producción no son frecuentemente compatibles con las otras etapas del procedimiento usadas en la actualidad industrialmente, como por ejemplo la metalización por serigrafía. Además, los problemas pueden ocurrir de manera que la concentración de dopaje no es homogénea localmente en las zonas Individuales del emisor debido a un procedimiento de grabado no uniforme.

Las aproximaciones previas a la producción de células solares de silicio con un emisor selectivo que usan dos procedimientos de difusión han sido habitualmente costosas técnicamente y son apenas posibles de aplicar industrialmente debido a su elevado coste. Por otro lado, la producción de una estructura de emisor selectivo

mediante grabado local del emisor solamente ha sido conseguido hasta ahora en el laboratorio en su mayor parte, siendo ensayados principalmente los métodos en los que el grabado del emisor ha sido llevado a cabo después de una metalización de las células solares. Estos métodos de producción han conducido habitualmente a un descenso en la eficiencia de las células solares o son apenas posibles de aplicar a escala industrial. Tales producciones de estructuras de emisor selectivo se describen en los documentos US 69121 y JP2177569.

Por lo tanto se puede considerar como un problema de la presente invención proponer un método para producir una célula solar de silicio, especialmente con un emisor selectivo, en la que los problemas anteriormente mencionados de la técnica anterior, en particular, pueden ser solventados al menos parcialmente. En particular, es deseable un método de producción para una célula solar de silicio, en el que se pueda obtener un emisor con una concentración baja de dopaje en la superficie. Además, es deseable un método de producción para una célula solar de silicio con un emisor selectivo que sea compatible con otras etapas de producción establecidas ¡ndustrialmente y convencionales, que sea económico, y que permita la producción de células solares con una alta eficiencia. Además, es necesaria una célula solar correspondiente.

Estos problemas y requerimientos pueden satisfacerse con un método y una célula solar según con las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas están indicadas en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se presenta un método para producir una célula solar de silicio con un emisor selectivo, en el que el método comprende las siguientes etapas: producir un emisor que se extiende en dos dimensiones en una superficie de emisor de un sustrato de célula solar; aplicar una barrera contra el grabado sobre unas primeras zonas parciales de la superficie del emisor; grabar la superficie del emisor en unas segundas zonas parciales de la superficie del emisor no cubierta por la barrera contra el grabado; retirar la barrera contra el grabado; y producir contactos metálicos en las primeras zonas parciales. Las etapas del método se llevan a cabo en el orden indicado.

El método indicado según la invención, puede considerarse que está basado en la ¡dea de que, en primer lugar, se produce un emisor al menos sobre una superficie de un sustrato de célula solar con una concentración de dopaje homogénea, que es suficientemente alta para ser adecuada, por ejemplo, para contactar en el procedimiento de serigrafía. Las primeras zonas parciales de la superficie del emisor se protegen con una barrera contra el grabado, preferiblemente directamente después de esta producción de un emisor que se extiende en dos dimensiones, es decir, preferiblemente antes de la deposición de una capa dieléctrica, por ejemplo como una capa antireflectante o pasivante, y también... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para producir una célula solar de silicio (1) con un emisor selectivo, según la reivindicación 12, donde el método comprende, en el siguiente orden:

producir un emisor que se extiende en dos dimensiones (5) en una superficie del emisor de un sustrato de célula solar (13);

aplicar una barrera contra el grabado (25) sobre las primeras zonas parciales (8) de la superficie del emisor;

grabar la superficie del emisor en las segundas zonas parciales (9) de la superficie del emisor no cubierta por la barrera contra el grabado (25);

retirar la barrera contra el grabado (25); y

producir contactos metálicos (17) en las primeras zonas parciales (7).

2. El método según la reivindicación 1, que comprende además después de la deposición de la barrera contra el grabado:

producir una capa de silicio porosa (27) en las segundas zonas parciales (9) de la superficie del emisor no cubierta por la barrera contra el grabado.

3. El método según la reivindicación 2, que comprende además: oxidar la capa de silicio porosa (27).

4. El método según la reivindicación 2 ó 3, que comprende además grabar la capa de silicio porosa (27).

5. El método según la reivindicación 4, donde el grabado de la capa de silicio porosa (27) se lleva a cabo después de retirar la barrera contra el grabado (25).

6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, donde el espesor de la capa de silicio porosa (27) producida se detecta ópticamente.

7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde al menos una de las etapas de grabado de la superficie del emisor, que produce la capa de silicio porosa (27) y oxida la capa de silicio porosa se lleva a cabo con una solución líquida.

8. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la producción del emisor que se extiende en dos dimensiones se lleva a cabo por medio de difusión en fase gaseosa de POCI3 y donde el vidrio de fósforo (23) surgido de este modo no se retira antes de la aplicación de la barrera contra el grabado.

9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la barrera contra el grabado se aplica con la ayuda de una pasta que contiene plástico.

1. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde la barrera contra el grabado se aplica por medio de serlgrafía.

11. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, donde los contactos metálicos se aplican por medio de serigrafía.

12. Una célula solar (1) con una emisor selectivo (5), donde la célula solar de silicio comprende:

un sustrato de célula solar (13) con un emisor que se extiende en dos dimensiones (5) en la superficie de emisor;

una capa dieléctrica (15);

contactos metálicos emisor (17) en la superficie del emisor;

donde el emisor que se extiende en dos dimensiones (5) tiene una concentración de dopaje en la superficie mayor en las primeras zonas parciales (7) que en las segundas zonas parciales adyacentes (9);

donde el sustrato de célula solar (21) tiene un espesor mayor en las primeras zonas parciales (7) que en las segundas zonas parciales (9); y

donde la capa dieléctrica (15) cubre esencialmente la superficie total del emisor y se sitúa localmente entre el los contactos metálicos emisor (17) y el sustrato de célula solar (21).

13. La célula solar según la reivindicación 12, donde los contactos metálicos (17) al menos penetran localmente la capa dieléctrica (15).


 

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