ES2310405T3 - Procedimiento de fabricacion de una celula fotovoltaica a base de silicio en capa delgada. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de fabricación de una célula fotovoltaica a base de silicio en capa delgada, en el que se realiza una hetero-unión por depósito sobre un soporte (10) de al menos una primera capa (13) de silicio amorfo dopado P (o N) y de una segunda capa (14) de silicio amorfo dopado N (o P), que se caracteriza porque se cristaliza, al menos en parte, la al menos una primera capa (13) utilizando una tecnología de cristalización del silicio por haz de electrones pulsado, y porque el depósito de la primera capa de silicio amorfo se realiza por EBPVD.

Description

Procedimiento de fabricación de una célula fotovoltaica a base de silicio en capa delgada.
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una célula fotovoltaica a base de silicio en capa delgada.
Estado de la técnica anterior
El campo de la invención es el de la fabricación de células fotovoltaicas que permiten convertir la luz directamente en electricidad, depositadas en capas delgadas sobre un soporte por medio de procedimientos de depósito bajo vacío (CVD: "Chemical Vapor Deposition", y PVD: "Physical Vapor Deposition") y "en desenfilado".
La tecnología de fabricación de células fotovoltaicas en capas delgadas, cuyo interés se ha puesto de manifiesto en estos últimos años, se refiere a un tipo de célula (o módulo) obtenida por depósito de una capa delgada de semiconductor sobre un soporte. De ese modo se ahorra semiconductor debido a que no se corta de un bloque macizo, como en el caso de las células de silicio cristalino. Esta tecnología debería permitir en el futuro reducir significativamente los costes de producción de las células fotovoltaicas.
Para utilizar este tipo de tecnología, son posibles diferentes vías:
- Silicio cristalino en capas delgadas
Se deposita en este caso una capa delgada de silicio policristalino de 5 a 50 \mum de espesor sobre un substrato. Tales capas delgadas deberán permitir obtener rendimientos de conversión del mismo orden que una célula sobre material macizo, mediante determinadas adaptaciones tecnológicas (confinamiento óptico, texturación, .).
Para realizar un depósito de ese tipo, son posibles dos técnicas en la actualidad: crecimiento por epitaxia en fase líquida (LPE), cuyo principal inconveniente consiste en la utilización de un substrato cristalino, y las técnicas de depósito CVD siguientes:
\bullet
la descomposición pirolítica del silano y del hidrógeno sobre un filamento caliente de tungsteno, lo que permite depositar silicio microcristalino (\muc-Si) sobre un substrato de vidrio a 500ºC a velocidades relativamente elevadas (superiores a 0,08 \mum/min);
\bullet
los depósitos químicos en fase vapor (CVD) a temperaturas superiores a 800ºC en presencia de un gas que contiene silicio (silano o clorosilanos) y de un gas dopante (diborano o fosfina respectivamente para el dopaje P y N), en los que la presencia de gases peligrosos (silano) y tóxicos (fosfina) representa una limitación a largo plazo sobre el plano económico y medioambiental;
\bullet
las técnicas más comunes, que son las técnicas CVD y en particular la técnica PECVD ("Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition"), que permiten depositar películas de silicio en una gama de temperaturas comprendidas entre los 300ºC y los 1200ºC.
Pero los rendimientos obtenidos con tales técnicas se mantienen por debajo de un 10% y no pasan de valores tales como el 13-16% más que con una recristalización (recocido térmico) para aumentar el tamaño de los granos. Se obtienen mejores rendimientos para cristalitos de grandes dimensiones (superiores a 100 \mum). Sin embargo, los soportes deben poder resistir temperaturas de 800ºC aproximadamente a efectos de recristalizar el silicio: éstos son, por ejemplo, de cerámica.
- Silicio amorfo en capas delgadas
El silicio amorfo, a pesar de su estructura desordenada, posee un coeficiente de absorción superior al del silicio cristalino. Sin embargo, lo que gana en cuanto a poder de absorción, lo pierde en cuanto a movilidad de las cargas eléctricas (bajo rendimiento de conversión), manteniéndose no obstante un compromiso viable. La fabricación de células fotovoltaicas de silicio amorfo necesita menos silicio y menos energía que las células de silicio cristalino.
Pero con este tipo de material poco costoso con relación a las otras formas de silicio, se tienen bajos rendimientos (7%). Además, aparecen rápidamente problemas de estabilidad cuando se expone al sol y a la intemperie. Artificios tecnológicos tales como la superposición de dos estructuras p-i-n en "tándem", o de tres capas activas muy delgadas, pueden ser utilizados para paliar estos inconvenientes. La degradación bajo la luz puede reducirse entonces desde un 30% hasta un 10%.
La estructura más simple de una célula de silicio amorfo se compone de una zona dopada con boro, una zona intrínseca y una zona dopada con fósforo (estructura p-i-n). Pero los rendimientos industriales obtenidos están estancados desde hace años en la barrera del 10% a nivel de los módulos.
Además, estas tecnologías recurren a arquitecturas complejas que influyen en el coste de producción.
Así, las limitaciones tecnológicas de los dispositivos de la técnica conocida no permiten alcanzar los objetivos siguientes:
-
tiempos de vida superiores a 20 años
-
costes de producción de aproximadamente 0,5 euros/Wc para un rendimiento del 13%. (Wc o watio cresta, siendo una referencia que corresponde a una potencia nominal suministrada por un generador fotovoltaico en condiciones óptimas de funcionamiento).
En efecto:
- Un depósito de silicio por PECVD no puede hacerse a velocidades suficientemente elevadas (típicamente, entre 0,01 y 0,1 \mum/min).
- La cristalización del silicio se realiza por lo general mediante recocido térmico. Las tecnologías que utilizan un recocido por láser no permiten controlar la profundidad de penetración de la energía láser. El documento referenciado con [1] al final de la descripción, describe el depósito de capas de silicio nanocristalino sobre substratos de grafito por medio de un procedimiento PECVD calentando el substrato. Estas capas son recristalizadas a continuación por haz de electrones pulsado (PEB o "Pulsed Electron Beam"). La presencia de cristales de silicio en el material con anterioridad a la recristalización, favorece el proceso de cristalización. Pero las capas de silicio nanocristalino han sido elaboradas mediante PECVD con la ayuda de gases peligrosos y tóxicos tales como el triclorosilano (SiHCl_{3}) y el hidrógeno contrariamente a los procedimientos de pulverización y de evaporación. Además, se hacen necesarias temperaturas elevadas (entre 450 y 600ºC) para obtener estas películas de silicio cristalizado.
- La captación óptica obtenida realizando una morfología de soporte y de reflector trasero apropiado, está poco desarrollada. La texturación del soporte se realiza generalmente con la ayuda de baños químicos, los cuales son procedimientos contaminantes y están caracterizados por las bajas velocidades.
El documento de M. Rostalsky y cols., Preparation and Characterization, Elsevier Sequoia, NL, vol. 401, núm. 1-2, páginas 84-87, del 17 de Diciembre de 2001, describe un procedimiento de fabricación de una capa de silicio en capa delgada.
La presente invención tiene por objeto resolver los problemas enunciados en lo que antecede, proponiendo un procedimiento de fabricación de células fotovoltaicas en capas delgadas (procedimientos bajo vacío) a base de silicio sobre un soporte barato y multifuncional (flexible, irrompible, de excelente resistencia mecánica).
Exposición de la invención
La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una célula fotovoltaica a base de silicio en capa delgada, en el que se realiza una hetero-unión por depósito sobre un soporte de al menos una primera capa de silicio amorfo dopado P (o N), y de una segunda capa de silicio amorfo dopado N (o P), que se caracteriza porque se cristaliza, al menos en parte, la al menos una primera capa utilizando una tecnología de cristalización del silicio por haz de electrones pulsado, y porque el depósito de la primera capa de silicio amorfo se hace por EBPVD ("Electron Beam Physical Vapor Deposition").
Ventajosamente, la segunda capa es una capa delgada.
Ventajosamente, el procedimiento de la invención comprende las etapas siguientes:
- texturación del soporte;
- depósito de una capa de aislante;
- depósito de una capa reflectora;
- depósito de al menos una capa de silicio amorfo dopado P (o N);
- cristalización, al menos en parte, de esta al menos una capa de silicio amorfo utilizando una tecnología de cristalización del silicio por haz de electrones pulsado,
- depósito de una capa delgada de silicio amorfo dopado N (o P);
- depósito de una capa de óxido transparente conductor;
- depósito de una rejilla de contacto;
- eventualmente, encapsulado con la utilización de una tecnología de revestimiento de plasma o de revestimiento con polímero en condiciones ambientales.
Ventajosamente, después de la etapa de depósito de una capa de reflectante, se puede realizar una etapa de texturación de esta capa de reflectante.
Ventajosamente, después de la etapa de depósito de una capa de óxido transparente conductor, se puede realizar una etapa de depósito de una capa anti-reflectante.
Ventajosamente, después de esta etapa de depósito de una capa anti-reflectante, se puede realizar una etapa de depósito de una capa de pasivación.
En un ejemplo de realización ventajosa:
- El soporte es de acero inoxidable, de vidrio, de polímero, de cerámica o de un compuesto de varios de estos elementos.
- La capa de aislante es una capa de SiO_{x} o de SiO_{x}C_{y}H_{z}.
- La capa reflectante es una capa metálica de Al, Mo o Ag, o de cerámica de TiN, ZrN o Si_{3}N_{4}.
- La capa de óxido transparente conductor es una capa de ITO, ZnO : Al, o SnO_{2}.
- La rejilla de contacto es de aluminio, de cobre o de plata.
- El dopante de tipo P utilizado para dopar el silicio amorfo es aluminio, indio, galio o boro.
- El dopante de tipo N utilizado para dopar el silicio amorfo es fósforo, antimonio o arsénico.
- La capa anti-reflectante es una capa de TiO_{2} o de Si_{3}N_{4}.
Ventajosamente, el conjunto de etapas del procedimiento se lleva a cabo a una temperatura inferior a 450ºC. La primera capa tiene un espesor del orden de 10 micras. La segunda capa tiene un espesor del orden de una micra.
Un procedimiento de este tipo presenta numerosas ventajas:
- utiliza un soporte de bajo coste, por ejemplo acero inoxidable. Éste es el mejor soporte para fabricar componentes BIPV ("Building Integrated Photovoltaic") puesto que presenta especialmente una resistencia mecánica muy buena y frente a la temperatura;
- la solución de un depósito de silicio dopado utilizando la tecnología de pulverización catódica de evaporación bajo vacío, la proyección térmica o el depósito químico en fase vapor (0,1 a 0,2 \mum/min por pulverización con la utilización de un cátodo solamente en lugar de 0,01 a 0,1 \mum/min por PECVD) y en ausencia de gas tóxico, permite obtener velocidades de depósito elevadas, en particular multiplicando el número de cátodos;
- la tecnología de cristalización del silicio de la capa de silicio amorfo por haz de electrones pulsado, constituye una baza importante para obtener mejores rendimientos con relación a las tecnologías de la técnica anterior, controlando un tamaño grande de cristalitos, que puede alcanzar típicamente varias centenas de micrómetros de anchura y varios milímetros de longitud. Esta tecnología es fácilmente integrable en un equipo "en desenfilado";
- la realización de la hetero-unión sobre silicio policristalino permite reducir considerablemente el coste de la célula fotovoltaica, debido a la simplicidad de su arquitectura. Contrariamente a los procedimientos de la técnica conocida, en los que se realiza la hetero-unión con silicio cristalino, con el procedimiento de la invención se realiza con silicio amorfo;
- la realización de las capas de silicio amorfo es posible a baja temperatura, lo que es muy interesante desde un punto de vista económico (bajo consumo energético y coste de equipamiento reducido). Un depósito de silicio a baja temperatura permite, en efecto, utilizar un soporte multifuncional barato, como el acero inoxidable, respetando no solo el substrato sino también las capas previamente depositadas;
- la tecnología de "skin pass" utilizada para la texturación del soporte es un procedimiento no contaminante y rápido (300 m/min). Ésta permite realizar una texturación controlada y más fina del soporte del orden de algunos micrómetros (o micrones o \mum) en lugar de las 10 a 50 \mum obtenidas con los procedimientos de los baños químicos. Además, se puede realizar una texturación suplementaria del reflector trasero para mejorar la captación óptica mediante un procedimiento de grabado por plasma.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 ilustra una célula fotovoltaica obtenida con el procedimiento de la invención;
Las Figuras 2A y 2B ilustran los espectros de difracción de dos capas de silicio respectivamente antes y después de la cristalización.
Exposición detallada de modos de realización particulares
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de células fotovoltaicas a base de silicio en capa delgada que comprende la realización de una hetero-unión PN (o NP) compuesta por al menos una capa de silicio amorfo dopado P (o N) al menos cristalizada en parte por haz de electrones pulsado, y por una capa de silicio amorfo dopado N (o P).
El procedimiento de la invención comprende las siguientes etapas:
1) texturación de un soporte 10, por ejemplo de acero inoxidable, utilizando una tecnología de deformación plástica de la superficie, por ejemplo la "Skin Pass" o la "IMPRINT";
2) depósito de una capa 11 de aislante (SiO_{x} o cualquier polímero plasma a base de siloxano (SiO_{2}C_{y}H_{z}) como el hexametildisiloxano (HMDSO)), utilizando una tecnología de depósito físico o químico en fase vapor;
3) depósito de una capa 12 reflectante de metal (Ag, Mo o Al) utilizando una tecnología de pulverización catódica, o de cerámica por pulverización catódica reactiva;
4) texturación optativa de esta capa de reflectante utilizando por ejemplo una tecnología de grabación de plasma;
5) depósito de al menos una primera capa 13 de silicio amorfo, estando esta capa dopada P (o N) mediante tecnología de magnetrón o de evaporación: ventajosamente, se utiliza un depósito por EBPVD (depósito físico en fase vapor por haz de electrones; en inglés "Electron Beam Physical Vapor Deposition"). Este procedimiento permite obtener velocidades de depósito rápidas (típicamente, del orden de 10 nm/segundo, o incluso superior). Se puede así, en plazos industrialmente razonables, depositar capas espesas de material (típicamente del orden de 10 micras), lo que permite mejorar el rendimiento de la hetero-unión. Además, este procedimiento puede ser llevado a cabo a baja temperatura, en especial a temperatura ambiente;
6) cristalización, al menos en parte, de esta primera capa 13 utilizando una tecnología de cristalización de silicio por haz de electrones pulsado: este procedimiento de cristalización permite cristalizar capas de silicio amorfo relativamente espesas (típicamente del orden de 10 micras) sin calentamiento significativo del substrato;
7) depósito de una segunda capa 14 de silicio amorfo, estando esta capa dopada N (o P), por depósito físico o químico en fase vapor: se puede utilizar el mismo procedimiento que el de la primera capa. Esta capa tiene típicamente un espesor del orden de 1 micra, lo que asociado a la capa cristalizada de 10 micras, proporciona un buen rendimiento para la unión;
8) depósito de una capa 15 de óxido transparente conductor utilizando una tecnología de depósito físico o químico en fase vapor (ITO, ZnO, ZnO : Al, o SnO_{2});
9) depósito optativo de una capa anti-reflectante utilizando una tecnología de depósito físico o químico en fase vapor (TiO_{2} o Si_{3}N_{4});
10) depósito optativo de una capa de pasivación utilizando una tecnología CVD;
11) depósito de una rejilla 16 de contacto, por ejemplo de aluminio, de cobre o de plata, y
12) encapsulado del conjunto utilizando una tecnología de revestimiento de plasma o de revestimiento de polímero en la atmósfera.
\vskip1.000000\baselineskip
La totalidad de las etapas del procedimiento que se ha descrito en lo que antecede, pueden ser llevadas a cabo a "baja temperatura", típicamente por debajo de 450º, e incluso de 200ºC. Por lo tanto, resulta compatible con substratos de bajo coste como los substratos metálicos o a base de polímeros, que no soportan las temperaturas utilizadas normalmente en los procedimientos de realización de células por hetero-unión.
Según se ha ilustrado en la Figura 1, se obtiene así una célula dispuesta sobre un soporte 10 (una hoja) de acero inoxidable texturado. Esta célula comprende:
- una capa 11 de aislante SiO_{x} que aísla eléctricamente la hetero-unión del soporte;
- un reflector 12 trasero que sirve asimismo de barrera de difusión y de contacto eléctrico trasero, y que puede ser de aluminio (Al), de plata (Ag), de molibdeno (Mo) o de nitruro de titanio (TiN);
- una primera capa 13 de silicio amorfo (a-Si : H) dopado P (o N) cristalizada, al menos en parte, por medio de un haz de electrones pulsado (utilizando, por ejemplo, un dopante de tipo P tal como: aluminio, indio, galio o boro);
- una segunda capa 14 de silicio amorfo (a-Si : H) dopado N (o P) delgada (utilizando, por ejemplo, un dopante de tipo N tal como el fósforo, el antimonio, o el arsénico);
- una capa 15 de contacto, de óxido transparente conductor (TCO) (Por ejemplo de ITO (Tin - doped indium oxide), ZnO, ZnO:Al, o SnO_{2}), y
- una rejilla 16 de contacto, por ejemplo de aluminio, para recoger la corriente.
Esta célula puede incluir un conjunto de capas cuyos espesores pueden ser, incluso, los siguientes:
- soporte 10: 125 \mum
- capa 11 de aislante: 0,5 \mum
- reflector 12 trasero: 1 \mum
- primera capa 13 de silicio amorfo: 2 a 10 \mum
- segunda capa 14 de silicio amorfo: 10 nm
- contacto de óxido transparente conductor 14: 1 \mum.
El procedimiento de la invención está basado en tecnologías de "capas delgadas" y en el empleo de silicio cristalino. La hetero-unión formada por la unión capa 13 - capa 14, es una arquitectura simple que permite limitar a la vez el coste de fabricación y los problemas de integración de las diferentes capas constitutivas de la célula (contrariamente a las uniones tándem o triple p-i-n). La tecnología de cristalización por haz de electrones pulsado constituye una baza importante para el tratamiento controlado de capas delgadas. Ésta permite que cristalice rápidamente y de manera precisa la capa de silicio controlando la profundidad de penetración de los electrones en la materia y su energía (típicamente 10 eV/nm), lo que no es posible utilizando técnicas convencionales de recristalización tales como la tecnología láser o térmica. Ésta permite utilizar soportes de bajo coste respetando la naturaleza de los soportes y las capas previamente depositadas (capa aislante y reflector trasero), contrariamente a las técnicas de la práctica anterior (tratamiento térmico o láser) que imponen soportes resistentes a las temperaturas elevadas tales como las cerámicas, así como equipos costosos que permitan aguantar esas temperaturas.
Ejemplo de realización
En las Figuras 2A y 2B se han representado los espectros de difracción X de una capa de silicio respectivamente antes y después de la cristalización por haz de electrones pulsado.
El espectro de difracción obtenido con anterioridad a la cristalización es típico de un silicio amorfo a-Si : H. El pico principal (raya 111) tiene una anchura a media altura del orden de 10º.
Por el contrario, el espectro de difracción obtenido tras la cristalización por haz de electrones pulsado es típico de una capa cristalizada. El espectro de difracción presenta los picos característicos de las rayas (111), (220) y (311). En particular, el pico principal (111) tiene una anchura a media altura del orden de 0,05 a 1º, lo que muestra la calidad cristalina de la capa de silicio tras la cristalización por haz de electrones.
Los parámetros del haz de electrones pulsado utilizado para la recristalización del silicio pueden ser los siguientes: energía de los electrones 50-400 keV, corriente del haz 200-500 A, sección del haz 50-100 cm^{2}; duración de un impulso de 5 a 250 \mus, densidad de potencia máxima sobre el objetivo 6 MW/cm^{2}, densidad de energía máxima 500 J/cm^{2}, estando todos estos parámetros controlados independientemente.
Referencia
[1] "High rate deposition and electron beam recrystallization of silicon films for solar cells", de M. Rostalsky y J. Müller (Thin Solid Films 401, 2001, páginas 84-87).

Claims (19)

1. Procedimiento de fabricación de una célula fotovoltaica a base de silicio en capa delgada, en el que se realiza una hetero-unión por depósito sobre un soporte (10) de al menos una primera capa (13) de silicio amorfo dopado P (o N) y de una segunda capa (14) de silicio amorfo dopado N (o P), que se caracteriza porque se cristaliza, al menos en parte, la al menos una primera capa (13) utilizando una tecnología de cristalización del silicio por haz de electrones pulsado, y porque el depósito de la primera capa de silicio amorfo se realiza por EBPVD.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la segunda capa (14) es una capa delgada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende las etapas siguientes:
- texturación del soporte (10),
- depósito de una capa (11) de aislante,
- depósito de una capa (12) reflectora,
- depósito de al menos una capa (13) de silicio amorfo dopado (P) (o N),
- cristalización, al menos en parte, de esta al menos una capa (13) de silicio amorfo utilizando una tecnología de cristalización del silicio por haz de electrones pulsado,
- depósito de una capa (14) delgada de silicio amorfo dopado N (o P),
- depósito de una capa (15) de óxido transparente conductor, y
- depósito de una rejilla conductora (16) de contacto.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, que comprende, además, una etapa de encapsulado utilizando una tecnología de revestimiento de plasma o de revestimiento de polímero en la atmósfera.
5. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que, después de la etapa de depósito de una capa (12) de reflector, se realiza una etapa de texturación de esta capa (12) de reflector.
6. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que, después de la etapa de depósito de una capa (15) de óxido transparente conductor, se realiza una etapa de depósito de una capa anti-reflectante.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que, después de la etapa de depósito de una capa anti-reflectante, se realiza una etapa de depósito de una capa de pasivación.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el soporte (10) es de acero inoxidable, de metal, de vidrio, de polímero, de cerámica, o de un compuesto de varios de estos elementos.
9. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la capa (11) de aislante es una capa de SiO_{x} o de SiO_{x}C_{y}H_{z}.
10. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la capa (12) reflectante es una capa metálica elegida entre Al, Mo o Ag.
11. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la capa (12) reflectante es una capa de cerámica elegida entre TiN, ZrN o Si_{3}N_{4}.
12. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la capa de óxido transparente conductor es una capa de ITO, ZnO, ZnO:Al, o SnO_{2}.
13. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la rejilla (16) de contacto es de aluminio, de cobre o de plata.
14. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el dopante de tipo P utilizado para dopar el silicio amorfo es aluminio, indio, galio o boro.
15. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el dopante de tipo N utilizado para dopar el silicio amorfo es fósforo, antimonio o arsénico.
16. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la capa anti-reflectante es una capa de TiO_{2} o de Si_{3}N_{4}.
\newpage
17. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el conjunto de etapas del procedimiento se lleva a cabo a una temperatura inferior a 450º.
18. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la primera capa tiene un espesor del orden de 10 micras.
19. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la segunda capa tiene un espesor del orden de una micra.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002048432A2 (en) * 2000-12-15 2002-06-20 The Arizona Board Of Regents Method for patterning metal using nanoparticle containing precursors
JP2008123814A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池及びその製造方法
AU2007346834A1 (en) * 2007-02-08 2008-08-21 Wuxi Suntech-Power Co., Ltd. Hybrid silicon solar cells and method of fabricating same
WO2008150769A2 (en) * 2007-05-31 2008-12-11 Thinsilicon Corporation Photovoltaic device and method of manufacturing photovoltaic devices
US20090211622A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 Sunlight Photonics Inc. Multi-layered electro-optic devices
FR2930680B1 (fr) * 2008-04-23 2010-08-27 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une cellule photovoltaique a base de silicium en couches minces.
US20100078064A1 (en) * 2008-09-29 2010-04-01 Thinsilicion Corporation Monolithically-integrated solar module
TW201041158A (en) * 2009-05-12 2010-11-16 Chin-Yao Tsai Thin film solar cell and manufacturing method thereof
US8148192B2 (en) * 2010-02-22 2012-04-03 James P Campbell Transparent solar cell method of fabrication via float glass process
US8168467B2 (en) * 2010-03-17 2012-05-01 James P Campbell Solar cell method of fabrication via float glass process
WO2012046306A1 (ja) * 2010-10-05 2012-04-12 三菱電機株式会社 光起電力装置およびその製造方法
KR101208055B1 (ko) * 2011-03-15 2012-12-04 주식회사 큐닉스 태양 전지용 기판 구조체 제조방법
US8129215B1 (en) 2011-04-01 2012-03-06 James P Campbell Method for producing high temperature thin film silicon layer on glass
WO2013006420A2 (en) * 2011-07-01 2013-01-10 United Solar Ovonic Llc Improved back reflector with nanocrystalline photovoltaic device
KR101194057B1 (ko) 2011-09-22 2012-10-24 한국생산기술연구원 전자빔 조사를 이용한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지
US8853524B2 (en) 2011-10-05 2014-10-07 International Business Machines Corporation Silicon solar cell with back surface field
US9680047B2 (en) 2012-10-25 2017-06-13 Korea Institute Of Industrial Technology Method for manufacturing polycrystalline silicon thin-film solar cells by means method for crystallizing large-area amorphous silicon thin film using linear electron beam
US8987583B2 (en) 2012-12-01 2015-03-24 Ann B Campbell Variable optical density solar collector
US20140159182A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 ThinSillicon Corporation Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device having an undulating reflective surface of an electrode
DE102013109143A1 (de) * 2013-08-23 2015-02-26 Nts Nanotechnologysolar Photozelle, insbesondere Solarzelle sowie Verfahren zum Herstellen einer Photozelle
CN110416336B (zh) * 2019-08-05 2021-08-20 扬州工业职业技术学院 新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法
KR20220033596A (ko) * 2020-09-08 2022-03-17 삼성디스플레이 주식회사 다결정 실리콘층의 제조 방법, 표시 장치 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714404A (en) * 1993-11-18 1998-02-03 Regents Of The University Of California Fabrication of polycrystalline thin films by pulsed laser processing
US5501745A (en) * 1994-05-31 1996-03-26 Southwest Research Institute Low temperature method for making a photovoltaic material
JPH10335684A (ja) * 1997-05-30 1998-12-18 Canon Inc 光電気変換体の製造方法
US6103138A (en) * 1998-01-21 2000-08-15 Canon Kabushiki Kaisha Silicon-system thin film, photovoltaic device, method for forming silicon-system thin film, and method for producing photovoltaic device
JP2000058892A (ja) * 1998-06-01 2000-02-25 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd シリコン系薄膜光電変換装置
EP1100130B3 (en) 1998-06-01 2008-10-29 Kaneka Corporation Silicon-base thin-film photoelectric device
AUPP699798A0 (en) * 1998-11-06 1998-12-03 Pacific Solar Pty Limited Thin films with light trapping
KR20020005815A (ko) * 2000-07-10 2002-01-18 이순종 전자 빔을 이용한 액정표시기용 비정질 실리콘 박막의결정화 방법
US20040200522A1 (en) * 2003-03-17 2004-10-14 Kyocera Corporation Solar cell element and solar cell module

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