BR102012030606B1 - diffusion process of dopants on silicon sheets for the manufacture of solar cells - Google Patents
diffusion process of dopants on silicon sheets for the manufacture of solar cells Download PDFInfo
- Publication number
- BR102012030606B1 BR102012030606B1 BR102012030606-9A BR102012030606A BR102012030606B1 BR 102012030606 B1 BR102012030606 B1 BR 102012030606B1 BR 102012030606 A BR102012030606 A BR 102012030606A BR 102012030606 B1 BR102012030606 B1 BR 102012030606B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- dopant
- diffusion
- solar cells
- process according
- deposition
- Prior art date
Links
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 44
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 19
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 20
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 19
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 16
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 16
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000872 buffer Substances 0.000 abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ILAHWRKJUDSMFH-UHFFFAOYSA-N boron tribromide Chemical compound BrB(Br)Br ILAHWRKJUDSMFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910015845 BBr3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019213 POCl3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N ammonium fluoride Chemical compound [NH4+].[F-] LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/2225—Diffusion sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
- H01L21/2251—Diffusion into or out of group IV semiconductors
- H01L21/2254—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
- H01L21/2255—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides the applied layer comprising oxides only, e.g. P2O5, PSG, H3BO3, doped oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
PROCESSO DE DIFUSÃO DE DOPANTES EM LÂMINAS DE SILÍCIO PARA A FABRICAÇÃO DE CÉLULA SOLARES A presente invenção descreve novo processo para a produção de células solares, a partir de lâminas de silício, por meio da difusão de boro (ou outro dopante tipo p) e fósforo (ou outro dopante tipo n) nestas lâminas, usando uma camada de silicato para proteger a face com boro (ou outro dopante tipo p) da difusão de fósforo (ou outro dopánte tipo n). Evita-se o uso de passo térmico de crescimento de camada de óxido de silício e o uso de resina para proteção de uma das faces durante o ataque de óxidos com ácido fluorídrico. Desta forma, apresenta vantagens, dentre estas a não utilização de resinafotossensível, ácido fluorídrico tampão e acetona, permitindo a redução do número de etapas, no mínimo quatro, em processos de fabricação de células solares. Consequentemente há uma diminuição em horas de recursoshumanos e de consumo de energia elétrica, de gases de alta pureza e de produtos químicos, reduzindo-se o custo de produção em comparação com os métodos convencionais.PROCESS OF DIFFUSION OF DOPANTS IN SILICON BLADES FOR THE MANUFACTURE OF SOLAR CELLS The present invention describes a new process for the production of solar cells, from silicon sheets, through the diffusion of boron (or other type p dopants) and phosphor (or another type n dopant) on these slides, using a layer of silicate to protect the face with boron (or another type p dopant) from diffusion of phosphorus (or another type n dopant). The use of a thermal step for the growth of a silicon oxide layer and the use of resin for the protection of one of the faces during the attack of oxides with hydrofluoric acid are avoided. In this way, it presents advantages, among them the non-use of photosensitive resin, hydrofluoric acid buffer and acetone, allowing the reduction of the number of steps, at least four, in the manufacturing processes of solar cells. Consequently, there is a decrease in hours of human resources and consumption of electricity, high purity gases and chemicals, reducing the cost of production compared to conventional methods.
Description
A presente invenção tem como objeto um processo de fabricação de células solares por meio da deposição e difusão de dopante tipo p em uma face de uma lâmina de silício e outro dopante tipo n na face oposta, com o uso de uma camada de silicato para proteção da face com dopante tipo p da difusão do outro dopante do tipo n. Mais especificamente, o processo proposto visa o uso de boro como dopante tipo p e fósforo como dopante tipo n. Desta forma, evita-se o uso de processos de oxidação específicos, deposição de resina e ataque de óxidos, necessários em processos convencionais, com a função de proteger uma face da lâmina de silício, quando a difusão está sendo realizada na outra face da lâmina. A presente invenção se situa no campo da engenharia elétrica, de energia e materiais.The present invention has as its object a process of manufacturing solar cells through the deposition and diffusion of type p dopant on one side of a silicon slide and another type n dopant on the opposite side, with the use of a layer of silicate for protection of the face with p-type dopant of the diffusion of the other n-type dopant. More specifically, the proposed process aims at the use of boron as a dopant type p and phosphorus as a dopant type n. In this way, the use of specific oxidation processes, resin deposition and oxide attack, necessary in conventional processes, with the function of protecting one side of the silicon sheet, when diffusion is being carried out on the other side of the sheet, is avoided. . The present invention is in the field of electrical, energy and material engineering.
As células solares ou células fotovoltaicas são dispositivos que convertem diretamente energia solar em energia elétrica. Não geram resíduos durante o processo de conversão, produzindo energia elétrica de forma limpa. Comercialmente a tecnologia dominante é a de células de silício cristalino, que são processadas em lâminas de silício. Nesta área, o desenvolvimento tecnológico está focado no aumento da eficiência das células solares ou na redução do custo de fabricação. A presente invenção está focada em um processo de fabricação de células solares com redução do custo de produção.Solar cells or photovoltaic cells are devices that directly convert solar energy into electrical energy. They do not generate waste during the conversion process, producing electricity in a clean way. Commercially the dominant technology is that of crystalline silicon cells, which are processed on silicon sheets. In this area, technological development is focused on increasing the efficiency of solar cells or reducing the manufacturing cost. The present invention is focused on a solar cell manufacturing process with reduced production cost.
A busca na literatura científica e patentária apontou alguns documentos relevantes em relação à presente invenção, os quais serão descritos a seguir.The search in the scientific and patent literature pointed out some relevant documents in relation to the present invention, which will be described below.
O documento US 8,039,734 descreve um método de fabricação de pastas para células solares e células solares compreendendo estas pastas. As pastas compreendem um componente inicial com metais contendo prata (Ag), um segundo componente incluindo zinco (Zn) e pelo menos um componente adicional que pode ser escolhido do grupo que compreende boro, fósforo, entre outros. US 8,039,734 não antecipa a presente invenção, uma vez que, apesar de citar o uso de boro e fósforo em uma pasta que será usada em um eletrodo, o mesmo discorre sobre pastas contendo Ag como base e nada é dito a respeito da ausência de resina para proteção da fase oposta e nem o uso da técnica de spin-on, conforme descrito pela invenção.US 8,039,734 describes a method of making pastes for solar cells and solar cells comprising these pastes. The pastes comprise an initial component with metals containing silver (Ag), a second component including zinc (Zn) and at least one additional component that can be chosen from the group comprising boron, phosphorus, among others. US 8,039,734 does not anticipate the present invention, since, despite mentioning the use of boron and phosphorus in a paste that will be used on an electrode, it discusses pastes containing Ag as a base and nothing is said about the absence of resin for protection of the opposite phase and neither the use of the spin-on technique, as described by the invention.
O documento US 7,776,722 descreve estruturas emissoras otimizadas em células solares e métodos de formação de emissores compreendendo as etapas de: depositar uma camada dielétrica sobre um substrato; transferir um padrão para a camada dielétrica; implantar um material dopante inicial; opcionalmente implantar um segundo material dopante; aquecer o substrato para redistribuir os dopantes e opcionalmente formar a malha metálica sobre o substrato. Nestas etapas, o material dopante pode compreender arsênio (As), boro (B) ou fósforo (P). US 7,776,722 não antecipa a presente invenção uma vez que, apesar de citar o uso de boro ou fósforo como possíveis dopantes, nada é dito a respeito da ausência de óxido de silício e resina para proteção de uma das faces e nem o uso da técnica de spin-on para deposição de dopantes.US 7,776,722 describes emitter structures optimized in solar cells and emitter formation methods comprising the steps of: depositing a dielectric layer on a substrate; transfer a pattern to the dielectric layer; implant an initial doping material; optionally implanting a second doping material; heat the substrate to redistribute the dopants and optionally form the metal mesh over the substrate. In these stages, the doping material may comprise arsenic (As), boron (B) or phosphorus (P). US 7,776,722 does not anticipate the present invention since, despite mentioning the use of boron or phosphorus as possible dopants, nothing is said about the absence of silicon oxide and resin to protect one of the faces and neither the use of the technique of spin-on for doping deposition.
Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.From what can be inferred from the researched literature, no documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed here has novelty and inventive activity in view of the state of the art.
A presente invenção tem como objetivo um processo de fabricação de células solares por meio da deposição e difusão de dopante tipo p em uma face de uma lâmina de silício e outro dopante tipo n na face oposta, com o uso de uma camada de silicato para proteção da face com dopante tipo p da difusão do outro dopante do tipo n. Mais especificamente, o processo proposto visa o uso de boro como dopante tipo p e fósforo como dopante tipo n.The present invention aims at a manufacturing process of solar cells through the deposition and diffusion of p-type dopant on one side of a silicon slide and another type n dopant on the opposite side, with the use of a silicate layer for protection of the face with p-type dopant of the diffusion of the other n-type dopant. More specifically, the proposed process aims at the use of boron as a dopant type p and phosphorus as a dopant type n.
É, portanto, objeto da presente invenção processo de deposição e difusão de dopantes em lâminas de silício para, preferencialmente, a fabricação de células solares por meio de deposição e difusão de dopante tipo p, em uma face da lâmina de silício, e outro dopante tipo n na face oposta, com o uso de uma camada de silicato para proteção da face com dopante tipo p da difusão do outro dopante do tipo n.Therefore, the object of the present invention is the deposition and diffusion process of dopants on silicon sheets for, preferably, the manufacture of solar cells by means of deposition and diffusion of p-type dopant, on one side of the silicon sheet, and another dopant. type n on the opposite side, with the use of a layer of silicate to protect the face with type p dopant from the diffusion of the other type n dopant.
Em uma realização preferencial, o processo compreende as etapas de: a. ataque anisotrópico e/ou de texturação; b. limpeza química RCA; c. deposição do primeiro dopante; d. difusão do primeiro dopante e formação de silicato; e. ataque de SiO2 na face sem dopagem em ácido fluorídrico diluído; f. limpeza RCA; g. difusão do segundo dopante; h. ataque de silicatos em ácido fluorídrico; Em uma realização preferencial, o processo para a fabricação de células solares com difusão de dopantes em lâminas de silício compreende adicionalmente as etapas de: a. limpeza RCA e/ou deposição de camada de passivação; b. deposição de filme antirreflexo (AR); c. metalização e d. isolamento de borda.In a preferred embodiment, the process comprises the steps of: a. anisotropic and / or textural attack; B. chemical cleaning RCA; ç. deposition of the first dopant; d. diffusion of the first dopant and silicate formation; and. attack of SiO2 on the face without doping in diluted hydrofluoric acid; f. RCA cleaning; g. diffusion of the second dopant; H. attack of silicates in hydrofluoric acid; In a preferred embodiment, the process for the manufacture of solar cells with diffusion of dopants on silicon sheets further comprises the steps of: a. cleaning RCA and / or deposition of passivation layer; B. deposition of anti-reflective film (AR); ç. metallization and d. edge insulation.
Em uma realização preferencial, o primeiro dopante compreende um dopante do tipo p.In a preferred embodiment, the first dopant comprises a p-type dopant.
Em uma realização preferencial, o dopante do tipo p compreende o elemento boro.In a preferred embodiment, the p-type dopant comprises the element boron.
Em uma realização preferencial, o segundo dopante compreende um dopante do tipo n.In a preferred embodiment, the second dopant comprises a n-type dopant.
Em uma realização preferencial, o dopante do tipo n compreende o elemento fósforo.In a preferred embodiment, the dopant of type n comprises the element phosphorus.
Em uma realização preferencial, a etapa de deposição do primeiro dopante compreende ser realizada por pelo método spin-on, com evaporação dos solventes na faixa de temperatura de entre 100 °C a e 400 °C.In a preferred embodiment, the deposition step of the first dopant comprises being carried out by the spin-on method, with evaporation of the solvents in the temperature range between 100 ° C and 400 ° C.
Em uma realização preferencial, a etapa de difusão do primeiro dopante compreende a realização em um forno com tubo de quartzo.In a preferred embodiment, the diffusion step of the first dopant comprises the realization in an oven with a quartz tube.
Em uma realização preferencial, a difusão no forno compreende ser realizada na faixa de temperatura entre 700 °C e 1100 °C.In a preferred embodiment, the diffusion in the oven comprises being carried out in the temperature range between 700 ° C and 1100 ° C.
Em uma realização preferencial, a dita difusão no forno compreende um período de tempo entre 5 min e 180 min.In a preferred embodiment, said diffusion in the oven comprises a period of time between 5 min and 180 min.
Em uma realização preferencial, o ácido fluorídrico diluído compreende concentração entre 1% e 10%.In a preferred embodiment, the diluted hydrofluoric acid comprises a concentration between 1% and 10%.
Em uma realização preferencial, o ataque de silicatos compreende o uso de ácido fluorídrico com concentração maior que 30%.In a preferred embodiment, the attack of silicates comprises the use of hydrofluoric acid with a concentration greater than 30%.
Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.These and other objects of the invention will be immediately valued by those skilled in the art and by companies with interests in the segment, and will be described in sufficient detail for their reproduction in the following description.
Figura 1: a) Processo proposto - apresenta as etapas do processo de fabricação de células solares de silício da presente invenção; b) Processo Convencional 1 - apresenta as etapas do processo de fabricação de células solares de silício com estrutura n+pp+ e ou p+nn+; c) Convencional 2 - apresenta as etapas do processo de fabricação de células solares de silício com estrutura n+pp+ e ou p+nn+.Figure 1: a) Proposed process - shows the steps of the silicon solar cell manufacturing process of the present invention; b) Conventional Process 1 - shows the stages of the manufacturing process of silicon solar cells with structure n + pp + and or p + nn +; c) Conventional 2 - shows the stages of the manufacturing process of silicon solar cells with n + pp + and or p + nn + structure.
Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo, sem limitar o escopo da mesma.The examples shown here are intended only to exemplify one of the countless ways of carrying out the invention, however, without limiting its scope.
A presente invenção proporciona um novo método de produção de células solares, a partir de lâminas de silício, por meio da difusão de boro (ou outro dopante tipo p) e fósforo (ou outro dopante tipo n) na lâmina de silício, sem a utilização de camada de óxido de silício e de processos que usam resina fotossensível. Em processos convencionais, o óxido de silício é crescido termicamente sobre ambas as faces de uma lâmina de silício, deposita-se resina em uma das faces e se ataca a camada de óxido da outra face. Deste modo, uma das faces ficará protegida por uma camada de óxido. Na face sem óxido, ocorre a difusão do dopante na lâmina de silício e na face com óxido a mesma é evitada.The present invention provides a new method of producing solar cells, from silicon sheets, by diffusing boron (or another type p dopant) and phosphorus (or another type n dopant) into the silicon sheet, without using silicon oxide layer and processes using photosensitive resin. In conventional processes, silicon oxide is thermally grown on both sides of a silicon sheet, resin is deposited on one side and the oxide layer on the other side is attacked. In this way, one of the faces will be protected by an oxide layer. In the face without oxide, the dopant diffuses in the silicon sheet and in the face with oxide it is avoided.
Na presente invenção, com a difusão de boro (ou outro dopante tipo p), cujo dopante é depositado, preferencialmente por spin-on, forma-se uma camada de silicato, difícil de atacar com ácido fluorídrico diluído em água deionizada, sendo necessária concentração maior que 30% para o ataque. Após a difusão de boro (ou outro dopante tipo p), a lâmina é submersa em ácido fluorídrico diluído (entre 1% e 10%) para o ataque de silicatos e é retirada a camada de SiO2 somente na face sem dopagem com boro, permanecendo a camada de borosilicato, que protege a superfície da difusão de fósforo. Desta forma, são evitadas etapas do processo de fabricação de células solares com dopagem com boro (ou outro dopante tipo p), reduzindo o custo de produção.In the present invention, with the diffusion of boron (or another p-type dopant), the dopant of which is deposited, preferably by spin-on, a silicate layer is formed, difficult to attack with hydrofluoric acid diluted in deionized water, requiring concentration greater than 30% for the attack. After the diffusion of boron (or another p-type dopant), the slide is submerged in diluted hydrofluoric acid (between 1% and 10%) for the attack of silicates and the SiO2 layer is removed only on the face without doping with boron, remaining the borosilicate layer, which protects the surface from the diffusion of phosphorus. In this way, steps in the manufacturing process of solar cells with doping with boron (or another type p dopant) are avoided, reducing the cost of production.
A presente invenção entende como células solares, dispositivos que convertem energia solar em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico.The present invention understands as solar cells, devices that convert solar energy into electrical energy through the photovoltaic effect.
O processo convencional da indústria atual de células solares com estrutura n+pp+ está baseado na formação da região p+ com pasta de alumínio e difusão em forno de esteira. Outro tipo de dopante para formar a região p+ (emissor ou campo retrodifusor) é o boro, que produz regiões p+ de melhor qualidade quando comparadas ao alumínio. Em células solares com estrutura p+nn+, usa-se boro como dopante p+ porque esta região permanece transparente à radiação solar após o processo de difusão, fato que não ocorre quando o alumínio é usado como dopante.The conventional process of the current solar cell industry with n + pp + structure is based on the formation of the p + region with aluminum paste and diffusion in a belt oven. Another type of dopant to form the p + region (emitter or retrodiffuser field) is boron, which produces better quality p + regions when compared to aluminum. In solar cells with a p + nn + structure, boron is used as a p + dopant because this region remains transparent to solar radiation after the diffusion process, a fact that does not occur when aluminum is used as a dopant.
No processo apresentado, a difusão de boro (ou outro dopante tipo p) é realizada pela deposição de líquido dopante com boro, preferencialmente por spin-on, método típico da indústria de dispositivos semicondutores, em uma das faces da lâmina de silício e a difusão é realizada em forno com tubo de quartzo.In the process presented, the diffusion of boron (or another p-type dopant) is carried out by depositing doping liquid with boron, preferably by spin-on, a typical method of the semiconductor device industry, on one side of the silicon sheet and the diffusion it is carried out in an oven with a quartz tube.
Um líquido que contém boro, denominado de líquido dopante, é gotejado sobre a lâmina de silício e esta é colocada em movimento de rotação com velocidades angulares de 1000 rpm a 5000 rpm, fazendo com que o líquido dopante se espalhe uniformemente sobre a superfície da lâmina. Este processo é denominado de spin-on e o equipamento onde se realiza o processo é chamado de spinner. A lâmina é retirada deste equipamento e colocada para evaporar os solventes em temperatura de 100 °C a 400 °C, por períodos de tempo de 2 min a 40 min. Neste processo, os solventes são evaporados, permanecendo sobre a lâmina de silício o dopante boro. As lâminas são introduzidas em forno elétrico com tubo de quartzo, a temperaturas de 700 °C a 1100 °C, ocorrendo a difusão de boro nas lâminas de silício somente na face onde o mesmo foi depositado.A boron-containing liquid, called a doping liquid, is dripped onto the silicon slide and the silicon slide is rotated at angular speeds from 1000 rpm to 5000 rpm, causing the doping liquid to spread evenly over the surface of the slide. . This process is called spin-on and the equipment where the process takes place is called a spinner. The blade is removed from this equipment and placed to evaporate the solvents at a temperature of 100 ° C to 400 ° C, for periods of time from 2 min to 40 min. In this process, the solvents are evaporated, with the dopant boron remaining on the silicon sheet. The slides are introduced in an electric oven with a quartz tube, at temperatures from 700 ° C to 1100 ° C, with the diffusion of boron in the silicon sheets only on the face where it was deposited.
Como o silicato do dopante tipo p formado é mais resistente ao ataque em ácido fluorídrico diluído em água deionizada (concentração de 1 a 10%) do que uma camada de óxido de silício, as lâminas são imersas nesta solução para atacar somente o óxido formado na face em que não foi depositado boro, para prepará-la para a difusão de fósforo. Deste modo, uma das faces permanece coberta com silicato e na outra, sem óxido, ocorrerá a difusão de fósforo no passo térmico subsequente. Foi demonstrado que o borosilicato protege a face com boro da difusão de fósforo com POCl3 em forno com tubo de quartzo. Desta forma, além de não utilizar resina fotossensível, ácido fluorídrico tampão para atacar a camada de óxido e acetona para dissolver a resina, são reduzidas 9 (nove) etapas do processo de produção Convencional 1 e 4 (quatro) etapas do processo de produção Convencional 2, em relação ao presente processo, conforme pode ser visto na Figura 1.As the p-type dopant silicate formed is more resistant to attack in hydrofluoric acid diluted in deionized water (concentration of 1 to 10%) than a layer of silicon oxide, the slides are immersed in this solution to attack only the oxide formed in the boron was not deposited, to prepare it for the diffusion of phosphorus. In this way, one side remains covered with silicate and on the other, without oxide, phosphorus diffusion will occur in the subsequent thermal step. Borosilicate has been shown to protect the face with boron from phosphorus diffusion with POCl3 in a quartz tube oven. Thus, in addition to not using photosensitive resin, hydrofluoric acid buffer to attack the oxide and acetone layer to dissolve the resin, 9 (nine) stages of the Conventional production process are reduced 1 and 4 (four) stages of the
No processo Convencional 1, para evitar a entrada de fósforo em ambas as faces da célula solar, é necessária a realização de oxidação, deposição de resina e ataque do óxido (com ácido fluorídrico tampão, HF+NH4F) somente na face em que será difundido o fósforo. Depois do ataque de óxidos, a resina deve ser removida com acetona, isopropanol (opcional) e água deionizada.In the
Para proteger a face com fósforo da difusão de boro, outra oxidação é realizada, seguida de deposição de resina e ataque do óxido na face em que será depositado boro. Novamente, deve-se proceder a remoção da resina com uso de acetona, isopropanol (opcional) e água deionizada. Neste caso, a difusão de boro padrão é realizada em forno com tubo de quartzo com o dopante BBr3.To protect the face with phosphorus from the diffusion of boron, another oxidation is carried out, followed by deposition of resin and attack of the oxide on the face on which boron will be deposited. Again, the resin must be removed using acetone, isopropanol (optional) and deionized water. In this case, the standard boron diffusion is carried out in an oven with a quartz tube with the BBr3 dopant.
No processo Convencional 2, é realizada a oxidação, deposição de resina e ataque do óxido (com ácido fluorídrico tampão) somente na face em que será difundido fósforo. Da mesma forma que no processo Convencional 1, a resina deve ser removida com acetona, isopropanol (opcional) e água deionizada. Procede-se com a difusão de fósforo em tubo de quartzo e depois da extração dos fosforosilicatos e óxidos, deposita-se o líquido dopante com boro por spin-on e se realiza a difusão de boro.In the
No processo aqui proposto, não se utiliza resina fotossensível, ácido fluorídrico tampão e acetona, o que diminui o custo de produção. Além disto, para produzir as mesmas células solares dopadas com boro (ou outro dopante tipo p) e fósforo (ou outro dopante tipo n), é necessário um menor número de etapas do processo, contribuindo para a diminuição dos custos de fabricação pela redução em horas de recursos humanos e consumo de energia elétrica, gases de alta pureza e produtos químicos.In the process proposed here, photosensitive resin, hydrofluoric acid and acetone are not used, which reduces the production cost. In addition, in order to produce the same solar cells doped with boron (or another type p dopant) and phosphorus (or another type n dopant), fewer process steps are required, contributing to the reduction of manufacturing costs by reducing hours of human resources and consumption of electricity, high purity gases and chemicals.
Claims (13)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102012030606-9A BR102012030606B1 (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | diffusion process of dopants on silicon sheets for the manufacture of solar cells |
| PCT/BR2013/000523 WO2014082152A1 (en) | 2012-11-30 | 2013-11-28 | Method for diffusing dopants into silicon wafers for manufacturing solar cells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102012030606-9A BR102012030606B1 (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | diffusion process of dopants on silicon sheets for the manufacture of solar cells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102012030606A2 BR102012030606A2 (en) | 2014-09-09 |
| BR102012030606B1 true BR102012030606B1 (en) | 2021-02-09 |
Family
ID=50826978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR102012030606-9A BR102012030606B1 (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | diffusion process of dopants on silicon sheets for the manufacture of solar cells |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BR102012030606B1 (en) |
| WO (1) | WO2014082152A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR102018008576A2 (en) * | 2018-04-27 | 2019-11-12 | Eletrosul Centrais Eletricas S/A | p-type and n-type dopant diffusion process on silicon slides in the same thermal step |
| CN111341649B (en) * | 2020-02-03 | 2023-12-12 | 拉普拉斯新能源科技股份有限公司 | Boron diffusion method for N-type solar cell |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US790574A (en) * | 1904-09-09 | 1905-05-23 | Whitlock Printing Press Mfg Company | Flat-bed cylinder printing-press. |
| US4078945A (en) * | 1976-05-03 | 1978-03-14 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Anti-reflective coating for silicon solar cells |
| US4152824A (en) * | 1977-12-30 | 1979-05-08 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Manufacture of solar cells |
| DE19508712C2 (en) * | 1995-03-10 | 1997-08-07 | Siemens Solar Gmbh | Solar cell with back surface field and manufacturing process |
| KR101241617B1 (en) * | 2006-12-01 | 2013-03-08 | 샤프 가부시키가이샤 | Solar cell and method of manufacturing the same |
| DE102007036921A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Centrotherm Photovoltaics Technology Gmbh | Method for producing solar cells, involves applying boron glass on part of surface of silicon wafer, and applying boron glass as etching barrier during etching of silicon wafer in texture etching solution |
| US8614115B2 (en) * | 2009-10-30 | 2013-12-24 | International Business Machines Corporation | Photovoltaic solar cell device manufacture |
| US8294027B2 (en) * | 2010-01-19 | 2012-10-23 | International Business Machines Corporation | Efficiency in antireflective coating layers for solar cells |
| TWI433341B (en) * | 2010-12-29 | 2014-04-01 | Au Optronics Corp | Method of fabricating a solar cell |
| WO2012108766A2 (en) * | 2011-02-08 | 2012-08-16 | Tsc Solar B.V. | A method of manufactering a solar cell and a solar cell |
-
2012
- 2012-11-30 BR BR102012030606-9A patent/BR102012030606B1/en active IP Right Grant
-
2013
- 2013-11-28 WO PCT/BR2013/000523 patent/WO2014082152A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014082152A1 (en) | 2014-06-05 |
| BR102012030606A2 (en) | 2014-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Perovskite photovoltaics: the significant role of ligands in film formation, passivation, and stability | |
| Li et al. | Spontaneous interface ion exchange: passivating surface defects of perovskite solar cells with enhanced photovoltage | |
| CN104981893B (en) | The manufacture method of solar battery cell | |
| TWI550890B (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
| Sun et al. | A low‐temperature additive‐involved leaching method for highly efficient inorganic perovskite solar cells | |
| CN103026494A (en) | Silicon solar cell having boron diffusion layer and method for manufacturing same | |
| JP2010232530A (en) | Method of manufacturing photoelectric conversion element, and photoelectric conversion element | |
| TWI715798B (en) | Polysiloxane, semiconductor material, semiconductor and solar cell preparation method | |
| JP5756352B2 (en) | Manufacturing method of back electrode type solar cell | |
| BR102012030606B1 (en) | diffusion process of dopants on silicon sheets for the manufacture of solar cells | |
| JP6114108B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| WO2013153950A1 (en) | Coating dispersant composition, method for producing coating dispersant composition, solar cell, and method for manufacturing solar cell | |
| CN109273541B (en) | Double perovskite flexible ferroelectric film and preparation method thereof | |
| JP2014086590A (en) | Method for manufacturing crystal solar cell and crystal solar cell | |
| TWI640103B (en) | Solar cell manufacturing method | |
| JP5172993B2 (en) | Method for forming texture structure and method for manufacturing solar cell | |
| Basu et al. | A new single-component low-cost emitter etch-back process for silicon wafer solar cells | |
| JP2015167260A (en) | Back surface electrode type solar battery and manufacturing method for the same | |
| TWI686958B (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
| Kaulachs et al. | Perovskite CHNHPbICl Solar Cells and their Degradation (Part 1: A Short Review) | |
| JP5316491B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| TWI713230B (en) | Solar cell and its manufacturing method | |
| JP5994895B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| CN107425091A (en) | The doping method of double-side cell | |
| TWI544653B (en) | A solar cell and a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus for a solar cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B08F | Application fees: application dismissed [chapter 8.6 patent gazette] |
Free format text: REFERENTE A 3A ANUIDADE. |
|
| B08G | Application fees: restoration [chapter 8.7 patent gazette] | ||
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06V | Preliminary requirement: patent application procedure suspended [chapter 6.22 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 30/11/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |