ES2298263T3 - Procedimiento para la fabricacion de una celula solar y celula solar fabricada segun este procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de células solares a partir de silicio cristalino con las etapas, que comprenden - la aplicación local, superficial, de una pasta de enmascarado (2, 4) por medio de la técnica de impresión sobre, al menos, un lado de un substrato de silicio (1) entre regiones, que están previstas para contactos de tipo n (4, 6) y para contactos de tipo p (5, 7), - el secado subsiguiente de la pasta de enmascarado (2, 4), - la difusión subsiguiente de un producto para el dopaje para un tipo de conducción, que es de sentido opuesto al del dopaje de base del substrato de silicio (1), y - a continuación, la aplicación superficial de los contactos (4, 5, 6, 7) en una de las etapas subsiguientes en las regiones previstas para los contactos respectivos (4, 5, 6, 7).
Description
Procedimiento para la fabricación de una célula
solar y célula solar fabricada según este procedimiento.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de células solares a partir de silicio
cristalino.
La publicación
US-A-4,838,952 divulga un
procedimiento para la fabricación de células solares de silicio
cristalino, en el cual se aplica superficialmente sobre un lado de
un substrato de silicio, sobre toda la superficie, una capa
dieléctrica mediante precipitación a partir de la fase gaseosa. La
capa dieléctrica se elimina por medio de etapas subsiguientes de
enmascarado y de mordentado con excepción de las zonas necesarias
para el aislamiento ulterior de los contactos. El inconveniente de
esta forma de proceder consiste en un coste relativamente elevado
para dotar a las zonas que deben ser enmascaradas finalmente, con la
capa dieléctrica.
Se conoce por la publicación WO 99/48136 A un
procedimiento para la fabricación de una célula solar a partir de
silicio cristalino, según el cual se aplica superficialmente una
pasta resistente al mordentado por medio de la técnica del
estarcido a modo de protección contra el mordentado sobre una capa
de nitruro y se elimina de nuevo una vez realizada la etapa de
mordentado.
Para la separación eléctrica de las capas
conductoras de tipo p y de tipo n de una célula solar no es
suficiente con una separación aislante para impedir un
cortocircuito. Con el fin de no perjudicar el rendimiento de la
célula solar, la velocidad de recombinación sobre la superficie no
debe ser demasiado elevada allí donde limiten entre sí las zonas de
tipo n y de tipo p.
Para evitar este cortocircuito, se lleva a cabo
el aislamiento de la transición de tipo pn, en las células solares
de silicio cristalinas convencionales, mediante el mordentado
favorecido por medio de plasma, mediante la separación mecánica y
mediante el empleo de rayos láser.
La geometría celular compleja con regiones
conectadas, conductoras de tipo p y conductoras de tipo n (como,
por ejemplo, EWT- (J.M. Gee, W.K. Schubert, P.A. Basore; "Emitter
Wrap-Through Solar Cell"; 23rd IEEE Photo. Spec.
Conf., 1993, p. 265-70),
POWER-Solarzellen (G. Willeke, P. Fath; "The POWER
silicon solar cell concept"; 12th EC PVSEC, Amsterdam, 1994,
vol.1, p. 766-68; K. Faika et al., Novel
techniques to prevent edge isolation of silicon solar cells by
avoiding leakage currents between the aluminum rear contact, Proc.
16th PVSEC, Glasgow, mayo 2000, en prensa; "Recent results in low
cost back contact cells", 16th PVSEC, Glasgow, 2000, en prensa)
se lleva a cabo el aislamiento de la transición de tipo pn a escala
de laboratorio mediante:
- \bullet
- el mordentado favorecido por medio de plasma,
- \bullet
- la eliminación local del emisor por el lado posterior (por ejemplo por medio de una sierra para plaquitas o de un rayo láser),
- \bullet
- el empleo de capas dieléctricas como barrera contra la difusión, en combinación con métodos fotolitográficos y con tecnologías de impresión así como con etapas del proceso realizadas por vía química húmeda.
- \bullet
- la co-difusión de los contactos aplicados por evaporación superficial.
Los inconvenientes de las soluciones conocidas
pueden resumirse de la manera siguiente:
- \bullet
- se requieren una cantidad de tiempo y de costes,
- \bullet
- se presentan en parte deterioros de la superficie, lo cual conduce a una mayor velocidad de recombinación y, por lo tanto, a un menor rendimiento de la célula.
Constituyen un gran inconveniente en la
producción a escala industrial las etapas adicionales del proceso
destinadas a la separación de las regiones conductoras de tipo p y
conductoras de tipo n, especialmente en el caso de geometrías
complejas de las células.
Los costes, resultantes por este motivo,
constituían hasta el presente un motivo por el cual no se habían
impuesto en la fabricación industrial, por ejemplo, las células
solares de contacto por el lado posterior, a pesar del gran número
de sus ventajas a la hora de la interconexión de los módulos.
- 1.
- Generación de transiciones de tipo p-n abiertas, es decir no pasivadas en el momento de la separación mecánica de los bordes.
- 2.
- Deterioros superficiales provocados por el mordentado favorecido por medio de plasma, que tienen un efecto negativo sobre la calidad de la célula debido a la mayor recombinación relacionada con las mismas.
- 3.
- Se encuentran zonas de carga espacial directamente sobre la superficie de la célula debido a la separación mecánica local por fresado del lado posterior de la plaquita de silicio. Los niveles de perturbación producidos por la superficie se encargan de una mayor recombinación (efectos de unión de las esquinas "Junction Edge Effects") \Rightarrow efectos negativos especialmente sobre V_{oc} y FF.
La tarea, en la que está basada la presente
invención, concretamente la forma de evitar eficientemente la
formación de cortocircuitos entre las capas conductoras limítrofes
de tipo p y conductoras de tipo n, en una célula solar, se resuelve
por medio de las características de la reivindicación 1.
Se aplica localmente, de manera superficial, una
pasta de enmascarado al menos sobre un lado del substrato de
silicio y, a continuación, se seca. A continuación se lleva a cabo
una difusión con el producto para el dopaje, siendo el tipo de
conducción del producto para el dopaje de sentido contrario al
correspondiente al dopaje de base del substrato de silicio
cristalino. En una etapa subsiguiente de la fabricación de la célula
solar se aplican superficialmente los contactos eléctricos de tal
manera que, al menos, una parte de los contactos esté separada
eléctricamente del resto de los contactos mediante la pasta de
enmascarado.
Debido a que la pasta de enmascarado se aplica
por medio de la tecnología de impresión, únicamente, de manera
superficial en aquellas regiones que sean necesarias para el
aislamiento de los contactos, y debido a que la pasta de
enmascarado permanece allí de manera permanente, pueden fabricarse
las células solares de una manera muy eficiente, es decir de una
forma y manera más sencilla, más elegante y más económica para la
fabricación industrial.
En resumen, pueden decirse que el procedimiento
de conformidad con la invención representa una mejora esencial en
la fabricación sencilla de células solares de nuevo tipo tales como
células solares de contacto por el lado posterior, de células
solares sensibles a la luz por ambos lados y células solares de alta
tensión. Por otro lado se da un impulso esencial a la fabricación
de células solares industriales futuras más económicas mediante el
empleo de plaquitas delgadas de silicio y del contactado local por
el lado posterior necesario en este caso. Además puede conducir a
una simplificación del procedimiento de fabricación actual de las
células solares industriales convencionales.
Las ventajas de la invención se representan en
la manera siguiente:
- \bullet
- la conducción simplificada del proceso \Rightarrow ahorro de costes:
- \bullet
- el buen rendimiento gracias a la menor velocidad de recombinación superficial.
Mediante el empleo de la pasta de enmascarado se
substituyen cuatro etapas del proceso correspondientes al
procedimiento de fabricación actual
- \Rightarrow
- la precipitación en toda la superficie de una dieléctrico
- \Rightarrow
- la aplicación superficial local de una barrera frente al mordentado
- \Rightarrow
- las etapas del proceso para la eliminación parcial del dieléctrico
- \Rightarrow
- la eliminación de la barrera frente al mordentado,
por medio de una sola etapa del
proceso.
Las soluciones propuestas en [1] comprenden
esencialmente más de una etapa del proceso, que requiere grandes
costes. El procedimiento descrito en [2] es únicamente adecuado para
las plaquitas estructuradas. La técnica de la
co-difusión únicamente puede realizarse, de manera
preferente, con técnicas de aplicación por evaporación superficial
que requieren grandes costes, además no es posible ninguna etapa
ulterior a temperatura elevada tras la
co-difusión.
La invención se puso a prueba como se ha
descrito a continuación:
La pasta de la barrera contra la difusión se
aplicó sobre células solares de contacto por el lado posterior con
un tamaño de 10 x 10 cm^{2}. Los rendimientos de estas células
alcanzaron valores de hasta el 15,8% (certificado de manera
independiente por el organismo EU Joint Research Center en Ispra,
Italia). La fabricación de las células solares se probó con éxito
tanto sobre Cz-Si así como también sobre Si
multicristalino. A continuación se explicará la invención con mayor
detalle por medio de dos ejemplos de realización. Se muestran:
Figura
1
Se aplica (2) localmente, de manera superficial,
la pasta de barrera sobre un disco de semiconductor, preferentemente
silicio (1) cristalino, después de las etapas de mordentado y de
limpieza. A continuación se somete al disco de silicio a una
difusión de tipo n^{+}. A continuación se aplican superficialmente
los contactos (4 y 5) de tipo n y de tipo p. En el dibujo se ha
representado especialmente una célula según el procedimiento
Emitter-Wrap-Through, es decir que
la cara frontal de la capa de tipo n está unida con el contacto de
tipo n sobre el lado posterior de la célula por medio de pequeños
orificios.
Figura
2
Se dota localmente con la pasta de enmascarado
(4) una célula de capa delgada, que se ha hecho crecer sobre un
substrato foráneo (3), sobre el lado frontal y a continuación se
difunde. Los contactos (6 y 7) se aplican superficialmente sobre el
lado anterior de la célula de tal manera que queden separados entre
sí, por medio de la pasta de enmascarado, los contactos de tipo n y
de tipo p.
Claims (9)
1. Procedimiento para la fabricación de células
solares a partir de silicio cristalino con las etapas, que
comprenden
- -
- la aplicación local, superficial, de una pasta de enmascarado (2, 4) por medio de la técnica de impresión sobre, al menos, un lado de un substrato de silicio (1) entre regiones, que están previstas para contactos de tipo n (4, 6) y para contactos de tipo p (5, 7),
- -
- el secado subsiguiente de la pasta de enmascarado (2, 4),
- -
- la difusión subsiguiente de un producto para el dopaje para un tipo de conducción, que es de sentido opuesto al del dopaje de base del substrato de silicio (1), y
- -
- a continuación, la aplicación superficial de los contactos (4, 5, 6, 7) en una de las etapas subsiguientes en las regiones previstas para los contactos respectivos (4, 5, 6, 7).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la aplicación local, superficial, de la
pasta de enmascarado (2, 4) se lleva a cabo sobre ambos lados del
substrato de silicio (1).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o
según la reivindicación 2, caracterizado porque se aplican
orificios pasantes (7) en partes superficiales que no están dotadas
con la pasta de enmascarado (2, 4).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque los orificios (7) se aplican por medio
de un rayo láser.
5. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque los orificios (7) se aplican por vía
mecánica.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pasta
de enmascarado (2, 4) contiene óxidos.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque los óxidos son óxidos de metales de
transición.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
substrato de silicio está compuesto por una capa (1) cristalina y
por una capa (3) que no es de silicio.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, en el que un tipo del dopaje sobre el
lado posterior de la célula solar está separado del contacto (4, 5,
6, 7), que contacta el otro tipo de dopaje, por medio de la pasta
de enmascarado (2, 4).
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