Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, y una célula solar o un detector de radiación.

Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación,

que presenta las siguientes etapasdel método:

- provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino (100) que presenta dos lados enfrentados (101, 102) y undopado básico tipo p,

- implantación de protones con energías de implantación entre 0,5 MeV y 10 MeV sobre un primer lado (101) en elcuerpo semiconductor (100) de manera que se genere un número de zonas de defecto (11') dispuestas en unadirección lateral del cuerpo semiconductor, distanciadas entre sí, que se extienden partiendo desde un lado (101)hacia el interior del cuerpo semiconductor (100),

- ejecución de una etapa de recocido en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de laszonas de defecto (11'), y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que se genere un número de zonassemiconductoras (11) dopadas tipo n, dispuestas distanciadas entre sí,

- fabricación de un emisor dopado tipo n (13) que se conecta con las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11), yque presenta un dopado tipo n mayor que las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11), en la zona del primer lado(101).

Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, y una célula solar o un detector de radiación.

La presente invención hace referencia a un método para la fabricación de una célula solar, y a una célula solar.

Las células solares conocidas presentan un cuerpo semiconductor en el que se conforma una zona de transición de tipo p y n entre una zona dopada tipo n, y una zona semiconductora dopada tipo p. Mediante la absorción de luz, es decir, mediante fotones que penetran en el cuerpo semiconductor, se generan pares portadores de carga (pares electrón-hueco) en el cuerpo semiconductor, que se separan mediante una zona de carga espacial que se conforma en la zona de dicha zona de transición de tipo p y n, y que contribuyen a un flujo de la corriente. Los pares portadores de carga que se generan en el cuerpo semiconductor en el exterior de dicha zona de carga espacial de la zona de transición de tipo p y n, se difunden en el cuerpo semiconductor en una dirección aleatoria hasta que alcanzan el área de la zona de carga espacial, y se separan mediante el campo eléctrico existente en este punto, o hasta que se pierdan mediante la recombinación.

Además, la velocidad de recombinación depende de la longitud de difusión del portador de carga minoritario en el cuerpo semiconductor, es decir, que depende de la longitud de difusión de electrones cuando los pares portadores de carga se generan en la zona dopada tipo p de la célula solar, y depende de la longitud de difusión de huecos, cuando los pares portadores de carga se generan en la zona dopada tipo n de la célula solar. Dicha longitud de difusión depende de la concentración de los defectos del cristal presentes en el cristal del cuerpo semiconductor, que pueden actuar como centros de recombinación y, de esta manera, pueden reducir la longitud de difusión. Para reducir la velocidad de recombinación, se deben establecer exigencias elevadas en relación con la libertad de defectos o bien, los materiales del cristal semiconductor del cuerpo semiconductor, hecho que, sin embargo, se relaciona con costes de fabricación elevados.

La patente DE 44 16 549 A1 describe respectivamente una célula solar en la que una pluralidad de entalladuras que parten desde un lado, se extienden hacia el interior del cuerpo semiconductor de la célula solar. En la zona de las paredes laterales de dichas entalladuras, existen zonas dopadas para realizar transiciones de tipo p y n, que se encuentran dopadas de manera complementaria además de un dopado básico del cuerpo semiconductor. La distancia de las entalladuras individuales es menor o igual que la longitud de difusión. En el caso de dicho componente, la distancia de las zonas individuales del cuerpo semiconductor, en las que se pueden generar pares portadores de carga, se reduce a una zona de transición de tipo p y n, por lo que la probabilidad de recombinación se reduce en conjunto.

Sin embargo, la fabricación de dicha célula solar resulta costosa, debido a la necesidad de fabricar entalladuras. Por otra parte, se pierde una fracción considerable del volumen del cuerpo semiconductor mediante la fabricación de las entalladuras, que de esta manera ya no se encuentra a disposición para la generación de portadores de carga.

La patente US 3, 682, 708 describe una célula solar en la que en la dirección vertical de un cuerpo semiconductor se encuentran dispuestas zonas de transición de tipo p y n. Dichas zonas de transición de tipo p y n están conformadas por un número de capas semiconductoras dispuestas una sobre otra y dopadas tipo p y n, de las cuales respectivamente dos capas adyacentes se encuentran dopadas de manera complementaria entre sí. Además, las capas dopadas tipo n se encuentran unidas entre sí mediante zonas dopadas tipo n que se extienden a lo largo de las capas dopadas tipo p, y las capas dopadas tipo p se encuentran unidas entre sí mediante zonas dopadas tipo p, que se extienden a lo largo de las capas dopadas tipo n. El método para la fabricación de dicha célula solar requiere de la separación de un número de capas epitaxiales dopadas de manera complementaria entre sí, por lo tanto, resulta costoso.

La patente DE 102 43 758 A1 describe la fabricación de zonas de detención de campo dopadas tipo n, introducidas en un cuerpo semiconductor dopado tipo n, mediante la utilización de una implantación de protones y la ejecución a continuación de una etapa de recocido.

Las patentes DE 34 26 226 A1 y US 5, 290, 367 describen un fotoelemento sensible a los rayos ultravioletas o bien, una célula solar, que presentan respectivamente zonas semiconductoras cercanas a la superficie, que se encuentran dopadas de manera complementaria en relación con un dopado básico de un cuerpo semiconductor.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método para la fabricación de una célula solar con una probabilidad de recombinación reducida, y una célula solar con una probabilidad de recombinación reducida.

Dicho objeto se resuelve mediante un método de acuerdo con la reivindicación 1, así como mediante una célula solar o un detector de radiación de acuerdo con la reivindicación 7. Los acondicionamientos ventajosos de la presente invención son objeto de las reivindicaciones relacionadas.

El método conforme a la presente invención para la fabricación de una célula solar o un detector de radiación, prevé la provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino que presenta dos lados enfrentados y un dopado básico tipo p, y la realización de una implantación de protones, en el que se implantan protones en el cuerpo semiconductor sobre un primer lado de manera tal que se genere un número de zonas de defecto dispuestas de manera distanciada entre sí, que se extienden partiendo desde un lado hacia el interior del cuerpo semiconductor, y en las que existen defectos del cristal del cuerpo semiconductor y protones implantados. Después de dicha implantación de protones sigue una etapa de recocido, en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de las zonas de defecto, y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que a partir de los defectos del cristal y los protones, se generen donadores inducidos por hidrógeno para generar, de esta manera, un número de zonas semiconductoras dotadas tipo n dispuestas de manera distanciada entre sí. Además, el método prevé la generación de un emisor dopado tipo n, al cual se conectan las zonas semiconductoras dopadas tipo n, y que presenta un dopado mayor que los semiconductores dopados tipo n, en la zona del primer lado. Además, la generación de dicho emisor dopado tipo n se puede realizar antes de la fabricación o después de la fabricación de las zonas semiconductoras dopadas tipo n, sin embargo, preferentemente la fabricación de dicho emisor tipo n se realiza previamente.

La fabricación de las zonas de defecto exige una implantación selectiva de protones, es decir, una implantación de protones en las zonas predeterminadas del cuerpo semiconductor. Dicha selectividad se puede lograr mediante la aplicación de una máscara que cubra dichas zonas, en las que no se debe realizar la implantación. De manera alternativa, existe también la posibilidad de aplicar un “método de escritura con protones”, en el que un rayo de protones se puede conducir de manera controlada hacia aquella zona en la que se debe implantar.

La fabricación de las zonas de defecto o bien, de las zonas semiconductoras dopadas tipo n que resultan de dichas zonas de defecto, se realiza preferentemente de manera que una distancia recíproca de dos zonas semiconductoras dopadas tipo n de esta clase, sea menor que la longitud de difusión de los portadores de carga minoritarios en las secciones del cuerpo semiconductor que presentan el dopado básico. Esta clase de secciones del cuerpo semiconductor que presentan el dopado básico, se encuentran respectivamente entre dos zonas semiconductoras dopadas tipo n dispuestas de manera adyacente entre sí.

En el caso que el emisor dopado tipo n se encuentre dispuesto en la zona del primer lado del cuerpo semiconductor, las zonas semiconductoras dopadas tipo n que parten desde un lado y se extienden hacia el interior del cuerpo semiconductor, conforman una estructura con forma de peine o bien, digitiforme alrededor de las zonas del cuerpo semiconductor que presentan el dopado básico p. La probabilidad de recombinación se reduce en el caso de una célula solar que resulta del método conforme a la presente... [Seguir leyendo]

1. Método para la fabricación de una célula solar o de un detector de radiación, que presenta las siguientes etapas del método:

- provisión de un cuerpo semiconductor monocristalino (100) que presenta dos lados enfrentados (101, 102) y un dopado básico tipo p,

- implantación de protones con energías de implantación entre 0, 5 MeV y 10 MeV sobre un primer lado (101) en el cuerpo semiconductor (100) de manera que se genere un número de zonas de defecto (11’) dispuestas en una dirección lateral del cuerpo semiconductor, distanciadas entre sí, que se extienden partiendo desde un lado (101) hacia el interior del cuerpo semiconductor (100) ,

- ejecución de una etapa de recocido en la que el cuerpo semiconductor se calienta, al menos, en el área de las zonas de defecto (11’) , y cuya temperatura y duración se seleccionan de manera que se genere un número de zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n, dispuestas distanciadas entre sí,

- fabricación de un emisor dopado tipo n (13) que se conecta con las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11) , y que presenta un dopado tipo n mayor que las zonas semiconductoras dopadas tipo n (11) , en la zona del primer lado (101) .

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el emisor dopado tipo n (21) se fabrica de manera que las secciones (12) del cuerpo semiconductor (100) se logren con un dopado básico tipo p de manera directamente adyacente al primer lado (101) .

3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que

- se generan zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n con forma de columnas; o

- se generan una pluralidad de zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n, que se extienden paralelas entre sí, en la dirección lateral del cuerpo semiconductor (100) ; o

se genera una zona semiconductora (11) dopada tipo n, que se conforma con forma de rejilla en un plano que se extiende paralelo al primer y al segundo lado (101, 102) .

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los protones se implantan en el cuerpo semiconductor (100) durante la etapa de implantación, con un ángulo de 90° en relación con el primer l ado (101) , o en el que los protones se implantan en el cuerpo semiconductor (100) durante la etapa de implantación con un ángulo menor a 90° y mayor a 45°, en relación con e l primer lado (101) .

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la distancia entre dos zonas de defecto (11’, 31’) dispuestas de manera adyacente, es menor o igual a la longitud de difusión de electrones en una sección (12) del cuerpo semiconductor (100) que presenta el dopado básico, o es menor o igual a 0, 25 veces la longitud de difusión de electrones en una sección (12) del cuerpo semiconductor (100) que presenta el dopado básico.

6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que en el cuerpo semiconductor se introducen impurezas que logran el nivel de energía, que se encuentran en la separación energética entre bandas del material semiconductor utilizado para el cuerpo semiconductor, y que incrementan la eficacia de la célula solar mediante una excitación de múltiples etapas.

7. Célula solar o detector de radiación con las siguientes características:

- un cuerpo semiconductor con un primer y un segundo lado (101, 102) que presenta un dopado básico tipo p,

- una primera zona de emisor (13) dopada tipo n,

- una pluralidad de zonas semiconductoras (11) dotadas tipo n que se encuentran dispuestas distanciadas una de otra en la dirección lateral del cuerpo semiconductor (100) , que se extienden, al menos, parcialmente en una dirección vertical en el cuerpo semiconductor (100) , que se conectan con la primera zona de emisor (13) , que se conforman como zonas pasantes, que se encuentran dispuestas en la dirección lateral respectivamente entre dos secciones que presentan el dopado básico del cuerpo semiconductor (100) , y que

- presentan donadores inducidos por hidrógeno, - la primera zona de emisor (13) presenta un dopado mayor que las zonas semiconductoras (11) dopadas tipo n.

8. Célula solar o detector de radiación de acuerdo con reivindicación 7, en el que la distancia entre dos zonas semiconductoras (11) dispuestas de manera adyacente, del segundo modo de conducción, es menor o igual a la longitud de difusión de electrones en una sección (12) del cuerpo semiconductor (100) que presenta el dopado básico.