PROCEDIMIENTO DE TEXTURIZACION DE LA SUPERFICIE DE SILICIO MULTICRISTALINO DE TIPO P Y CELULA SOLAR QUE COMPRENDE SILICIO MULTICRISTALINO DE TIPO P.

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UNA CELULA SOLAR QUE COMPRENDE SILICIO MULTICRISTALINO, O UNA DE SUS ALEACIONES, QUE PRESENTA UNA SUPERFICIE DESTINADA A RECIBIR LA RADIACION LUMINOSA, CARACTERIZADA POR EL HECHO DE QUE DICHA SUPERFICIE DE SILICIO LLEVA UNA MULTITUD DE AGUJEROS DE FORMA ALVEOLAR, DE PROFUNDIDAD COMPRENDIDA ENTRE 0,1

(MU)M Y 10(MU)M, DE DIAMETRO COMPRENDIDO ENTRE 0,1 (MU)M Y 10 (MU)M, Y CUYA RELACION DE DICHA PROFUNDIDAD CON DICHO DIAMETRO ES SUPERIOR A 1, OCUPANDO LA SUPERFICIE DE DICHOS AGUJEROS MAS DE LA MITAD DE DICHA SUPERFICIE DE SILICIO

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E96402349.

Solicitante: PHOTOWATT INTERNATIONAL S.A.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 33, RUE SAINT HONORE, ZI CHAMPFLEURI,38300 BOURGOIN-JALLIEU.

Inventor/es: .

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 5 de Noviembre de 1996.

Fecha Concesión Europea: 12 de Agosto de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0236 (Texturas de superficie particulares)
  • H01L31/18C

Clasificación PCT:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0236 (Texturas de superficie particulares)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/18 (Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0216 (Revestimientos (H01L 31/041  tiene prioridad))

Clasificación antigua:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0236 (Texturas de superficie particulares)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/18 (Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0216 (Revestimientos (H01L 31/041  tiene prioridad))

Países PCT: Bélgica, Alemania, España, Francia, Reino Unido, Italia, Países Bajos.

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PROCEDIMIENTO DE TEXTURIZACION DE LA SUPERFICIE DE SILICIO MULTICRISTALINO DE TIPO P Y CELULA SOLAR QUE COMPRENDE SILICIO MULTICRISTALINO DE TIPO P.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de texturización de la superficie de silicio multicristalino de tipo p y célula solar que comprende silicio multicristalino de tipo p.

El silicio cristalino tiene numerosas aplicaciones en los siguientes ámbitos: fotoelectrecidad, fotovoltaico, óptico, térmico, microelectrónico, y en la industria de los semiconductores. La presente invención se refiere a una célula solar o fotopila cuya superficie receptora de la radiación luminosa está constituida por silicio multicristalino. Se refiere más concretamente a una célula solar que incluye silicio cuya superficie se modificó por un tratamiento de texturización con el fin de aumentar los resultados ópticos.

La texturización consiste en crear una rugosidad en la superficie del material con el fin de permitir un multireflexión de la luz incidente sobre su superficie, que conduce a una absorción más importante de la luz en el interior del material. La rugosidad así obtenida tiene dos efectos complementarios. El primer efecto es una reducción del factor de reflexión o reflectividad óptica de la superficie; el segundo es un aumento del camino óptico recorrido por la luz incidente en el interior del material. En el caso de una fotopila, el aumento de la absorción de la luz en el silicio se traduce en un aumento de la eficacia de la transformación de la luz en corriente eléctrica.

Varios métodos permiten alcanzar este resultado y conducen a una texturización uniforme de la superficie revelando planos cristalográficos bien definidos. Se pueden citar métodos tales como el grabado mecánico, el grabado láser, la fotolitografía, el enmascaramiento, etc, pero su empleo es complejo y costoso. El método de texturización de superficie actualmente conocido y empleado a escala industrial consiste en utilizar a elevada temperatura una solución acuosa alcalina a base de hidróxido de sodio (NaOH) o de potasio (KOH). Estas soluciones tienen la propiedad de atacar el silicio de manera anisótropa según la orientación cristalográfica de los granos situados en superficie, y modificar así la morfología de superficie del silicio. La velocidad de ataque es alrededor de cien veces más rápida sobre los planos de orientación cristalográfica [100] que sobre los planos [111]. Resulta una texturización de la superficie en forma de pirámides regulares situadas sobre los planos [100] que captan la luz incidente, y que se designa bajo el término de "macrotexturización". En lo que se refiere al silicio multicristalino, se estima que un 20% solamente de la superficie está constituida por granos que tienen esta orientación cristalográfica, lo que implica una eficacia menor del tratamiento frente a la reflectividad óptica. Este método solo es, por lo tanto, enteramente eficaz más que en el caso particular del silicio monocristalino con una orientación cristalográfica [100] que es la de la superficie que se debe tratar.

Para reducir de manera más importante la reflectividad óptica de una superficie de silicio monocristalino de tipo n, se efectuaron trabajos referentes a un ataque fotoelectroquímico en medio ácido por A. LAGOUBI et al (11th Photovoltaic Solar Energy Conference, Montreux, 1992 Págs. 250-253). Se revela la superposición de una capa externa nanoporosa (poros de diámetro inferior a 50 nm) y de una capa interna macroporosa (poros de diámetro superior a 50 nm) por la disolución de la capa nanoporosa. La superficie revestida de la capa macroporosa presenta una reflectividad reducida con respecto a la superficie no tratada.

Estos trabajos presentan el inconveniente de referirse solamente a un silicio monocristalino de tipo n. Además, un método fotoelectroquímico no es de utilización fácil en medio industrial.

Los usuarios tienen, por lo tanto, que disponer industrialmente de un método aplicable a nivel industrial para realizar la texturización homogénea de la superficie del silicio multicristalino cualquiera que sea la orientación cristalográfica de los granos en su superficie. Así, trabajos presentados en "Solar energy materials and cells" (vol. 37, nº 1, abril 1995, Ámsterdam NL, Págs. 13-24) y en ``23rd IEEE Photovoltaic specialists conference (10-14 mayo 1993, Louisville, USA, Págs. 287-293) describen la formación de una capa anti-reflejo en la superficie del silicio multicristalino de tipo p por ataque químico de la superficie por medio de una solución de HF/HNO3. La superficie de silicio presente entonces una estructura nanoporosa que disminuye la reflectividad de la célula y aumenta así su eficacia. La anti-reflectividad así como las características de absorción de la superficie por esta texturación química todavía no son óptimas.

La invención tiene por objeto proponer una célula solar que incluye silicio multicristalino del que la eficacia se mejora con respecto a las células solares conocidas y utilizadas en la actualidad.

Otro objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento de texturización de la superficie del silicio multicristalino de tipo p que sea eficaz y económico y que permita reducir la reflectividad óptica de manera significativa y aumentar su absorción efectiva.

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de texturización de una superficie de silicio multicristalino de tipo p y de sus aleaciones, que incluye una etapa de oxidación química parcial isotrópica de dicha superficie por una solución oxidante que contiene, por otro lado, iones flúor, con el fin de crear en dicha superficie de silicio una capa porosa superficial caracterizado porque dicha etapa de oxidación se realiza de modo que dicha capa porosa superficial defina con el núcleo de material un interfaz que tiene una superficie microtexturizada que incluye una multitud de agujeros de forma alveolar de profundidad y de diámetro comprendido entre 0,1 µm y 10 µm y en el que la relación entre dicha profundidad y dicho diámetro es superior a 1 y porque comprende, por otro lado, una segunda etapa que consiste en disolver dicha capa porosa superficial hasta revelar dicha superficie micro-texturizada.

Otro objeto de la presente invención es una célula solar que incluye silicio multicristalino, de tipo p, o una de sus aleaciones, que presenta una superficie destinada a recibir la radiación luminosa estando esta superficie texturizada por el procedimiento de la invención, dicha superficie de silicio incluye una multitud de agujeros de forma alveolar, de profundidad comprendida entre 0,1 µm y 10 µm, de diámetro comprendido entre 0,1 µm y 10 µm, y en el que la relación entre dicha profundidad y dicho diámetro es superior a 1, ocupando la superficie de dichos agujeros más de la mitad de dicha superficie de silicio.

Las células solares según la invención se realizan a partir de un silicio multicristalino, denominado también policristalino, de conducción de tipo p, o de una de sus aleaciones, en particular, con el germanio. El silicio se puede presentar bajo la forma maciza, por ejemplo en placas finas de algunos centenares de micrones de espesor, o bien bajo la forma de una banda o de una capa fina de espesor del orden de 50 µm.

El silicio de las células según la invención presenta una superficie cribada de cavidades de forma regular, designadas por la expresión "agujeros alveolares", distribuidos de manera homogénea y de la cual la situación es independiente de la orientación cristalográfica de los granos de superficie. La relación entre la profundidad del agujero y su diámetro es uno de los parámetros principales que determinan la eficacia de la captación de la luz incidente en el interior del material. Para la absorción de la luz, la eficacia es tanto...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de texturización de una superficie de silicio multicristalino de tipo p y de sus aleaciones, que incluye una etapa de oxidación química parcial isotrópica de dicha superficie por una solución oxidante que contiene, por otro lado, iones flúor, con el fin de crear en dicha superficie de silicio una capa porosa superficial caracterizado porque dicha etapa de oxidación se realiza de modo que dicha capa porosa superficial define con el núcleo del material un interfaz que tiene una superficie microtexturizada que incluye una multitud de agujeros de forma alveolar de profundidad y de diámetro comprendido entre 0,1 µm y 10 µm y cuya relación entre dicha profundidad y dicho diámetro es superior a 1 y porque comprende, por otro lado, una segunda etapa que consiste en disolver dicha capa porosa superficial hasta revelar dicha superficie microtexturizada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual dicha solución es una solución acuosa ácida.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual dicha solución es una solución orgánica.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicha solución contiene un agente oxidante elegido entre el ion cromo, el ion bromato, el ion nitrato, el ion nitrito, el ion amino, un par redox metálico y sus mezclas.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dicha solución contiene por otro lado un agente inhibidor.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicha segunda etapa consiste en una disolución en una solución elegida entre una solución acuosa alcalina, una solución orgánica de etilenglicol y una solución orgánica de hidracina.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el cual dicha disolución se efectúa en una solución acuosa alcalina en la que la concentración en alcalino está comprendida entre 0,001 M y 2 M.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, en el cual dicho alcalino se elige entre el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio, el amoníaco y sus mezclas.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que incluye además antes de dicha etapa de oxidación química una etapa previa de ataque químico limitado de dicha superficie por una solución acuosa alcalina a una temperatura superior a 30ºC.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que incluye además después de dicha segunda etapa, una tercera etapa que consiste en la deposición de una capa antirreflejos sobre dicha superficie.

11. Célula solar que incluye silicio multicristalino de tipo p, o una de sus aleaciones, que presenta una superficie destinada a recibir la radiación luminosa, siendo esta superficie texturizada por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, incluyendo dicha superficie una multitud de agujeros de formas alveolares, de profundidad comprendida entre 0,1 µm y 10 µm, de diámetro comprendido entre 0,1 µm y 10 µm, y que la relación entre dicha profundidad y dicho diámetro es superior a 1, ocupando la superficie de dichos agujeros más de la mitad de dicha superficie de silicio.

12. Célula solar según la reivindicación 11, en la cual dicha superficie de silicio se cubre de una capa antirreflejos.