ES2454316T3 - Célula fotovoltaica de heterounión con doble de dopaje y procedimiento de fabricación - Google Patents

Célula fotovoltaica de heterounión con doble de dopaje y procedimiento de fabricación Download PDF

Info

Publication number
ES2454316T3
ES2454316T3 ES09171557.3T ES09171557T ES2454316T3 ES 2454316 T3 ES2454316 T3 ES 2454316T3 ES 09171557 T ES09171557 T ES 09171557T ES 2454316 T3 ES2454316 T3 ES 2454316T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
layer
substrate
doping
photovoltaic cell
amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES09171557.3T
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre-Jean Ribeyron
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Application granted granted Critical
Publication of ES2454316T3 publication Critical patent/ES2454316T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/075—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/065—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the graded gap type
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer or HIT® solar cells; solar cells
    • 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
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic System
    • 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
    • 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
    • Y02E10/548—Amorphous 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Célula fotovoltaica que comprende una heterounión entre un sustrato semiconductor cristalino (210) de un primer tipo de conductividad y una primera capa amorfa (220), sobre una primera cara del sustrato, del mismo material semiconductor y de un segundo tipo de conductividad, opuesto al primero y que presenta un nivel de dopaje comprendido entre 1.1019 y 1.1022 átomos/cm3, estando recubierta la segunda cara del sustrato, opuesta a la primera cara, por una tercera capa amorfa (260) del mismo material que el sustrato y del mismo tipo de conductividad, con un nivel de dopaje comprendido entre 1.1019 y 1.1022 átomos/cm3, caracterizada porque comprende además una segunda capa amorfa (225) del mismo tipo de conductividad que la primera capa y que presenta un nivel de dopaje comprendido entre 1.1016 y 1.1018 átomos/cm3, estando depositada dicha segunda capa directamente sobre la primera cara del sustrato y estando recubierta por dicha primera capa.

Description

Célula fotovoltaica de heterounión con doble de dopaje y procedimiento de fabricación
5 Campo técnico
La presente invención se refiere de manera general al dominio de las células fotovoltaicas y, más particularmente, al de las células fotovoltaicas de heterounión de tipo amorfo/cristalino.
10 Estado de la técnica anterior
Una célula fotovoltaica se basa generalmente en una unión entre un semiconductor de tipo P y un semiconductor de tipo N. Cabe recordar que en una célula de este tipo, los fotones incidentes generan en el semiconductor pares electrón-hueco que seguidamente son separados por el campo eléctrico presente en la zona de carga espacial. Los
15 portadores de carga así separados son recogidos por dos electrodos colectores dispuestos sobre las caras frontal y posterior de la célula.
Entre las células fotovoltaicas, convencionalmente se distingue entre aquellas de homounión, en las cuales los semiconductores que constituyen la unión son materiales de composición y estructura atómica idénticas, y aquellas
20 de heterounión, en la que estos semiconductores son materiales de composición y/o estructura atómica diferente(s).
Un caso particular de una célula fotovoltaica de heterounión se refiere a una unión entre un semiconductor monocristalino de un primer tipo de conductividad, y una capa amorfa del mismo semiconductor, de un segundo tipo de conductividad opuesto al primero.
25 En los últimos años, las células fotovoltaicas de heterounión de silicio amorfo (a-Si)/silicio monocristalino (mono-Si) o de silicio amorfo (a-Si)/silicio policristalino (poli-Si) han sido objeto de una investigación considerable. Una de las principales líneas de investigación se ha centrado en mejorar el rendimiento de conversión fotoeléctrica, rendimiento que está limitado en particular por la recombinación de los pares electrón-hueco en la interfase. En efecto, las
30 uniones entre los granos de silicio policristalino o los defectos del silicio amorfo crean estados localizados en la banda prohibida y constituyen sitios de recombinación de los pares electrón-hueco.
En el documento US-B-5213628 se ha propuesto una estructura de célula fotovoltaica de heterounión a-Si/mono-Si
o poli-Si que permite reducir la tasa de recombinación de los portadores y se ilustra en la figura 1A. Esta célula, 100,
35 comprende entre el sustrato monocristalino (o policristalino), 110, de tipo N y la capa de silicio amorfo, 120, de tipo P, una capa delgada de silicio intrínseco, 125, que tiene un grosor inferior a 250 Å. Dado que la capa de silicio amorfo intrínseco es de mejor calidad que una capa de silicio amorfo dopado, la tasa de recombinación en aquella es menor y, por consiguiente, el rendimiento de conversión fotoeléctrica de la célula es más elevado.
40 De manera convencional, la cara superior de la capa está recubierta por una capa conductora transparente 130, por ejemplo de ITO (óxido de estaño e indio, del inglés Indium Tin Oxide), sobre la cual están dispuestos unos electrodos colectores 140. La capa de ITO, 130, está expuesta a la luz. La cara inferior del sustrato también está recubierta por un electrodo posterior, 180, por ejemplo de aluminio.
45 Fuera de la zona de carga espacial en la unión PN, en la que el transporte de los portadores es esencialmente debido al campo eléctrico, el transporte dentro del sustrato está regulado por la difusión. En este caso, los portadores mayoritarios y minoritarios ya no están separados de manera eficaz y se puede producir una recombinación en el electrodo posterior. Como solución, se conoce el procedimiento consistente en depositar sobre la cara posterior del sustrato una capa altamente dopada, que tiene el mismo tipo de conducción que el sustrato. El
50 campo creado en la interfase entre esta capa dopada y el sustrato, también llamado BSF (campo superficial posterior, del inglés Back Surface Field), repele los portadores minoritarios enviándolos de nuevo hacia la unión PN y, por consiguiente, reduce la tasa de recombinación en el electrodo posterior.
En el documento US-B-5705828 se describe un ejemplo de una célula fotovoltaica de heterounión y con campo BSF,
55 que se ilustra esquemáticamente en la figura 1B. Los elementos idénticos a los de la figura 1A están designados por los mismos números de referencia. La estructura de la célula se diferencia de la que aparece en la figura 1A en que una capa de silicio amorfo dopado N+, 160, está presente sobre la cara posterior del sustrato. Como en el caso de la cara delantera, se puede reducir la tasa de recombinación en la interfase con el sustrato intercalando una capa de a-Si intrínseco, 165, de entre 20 y 400 Å, entre el sustrato y la capa de a-Si dopado, 160.
60 El depósito de las capas de a-Si 125 y 265 sobre el sustrato se lleva a cabo a temperatura relativamente baja. Por consiguiente, es difícil eliminar completamente el agua y la materia orgánica presente sobre el sustrato antes del depósito. Como resultado, existen impurezas, principalmente de oxígeno, en las interfases entre estas capas y el sustrato. Con el objetivo de compensar el dopaje parásito debido a estas impurezas de tipo N, la solicitud de patente
65 EP-A-1320134 propone la incorporación de una cantidad mínima de dopante P (boro) en estas interfases.
Aunque esta técnica permite mejorar la tensión de circuito abierto de la célula gracias a una pasivación de los estados superficiales en las interfases entre las capas 125, 165 y el sustrato, resulta relativamente compleja, ya que requiere la formación de tres capas distintas de silicio amorfo sobre cada una de las caras del sustrato. Además, la adición de una pequeña cantidad de dopante en las interfases es difícil de controlar. Finalmente, el factor de forma
5 (parámetro FF o Fill Factor), de una célula de este tipo no es muy bueno. Cabe recordar que el parámetro FF indica la diferencia entre la característica real de la célula y una característica ideal rectangular. Más precisamente, se P
define como la relación FF = opt en la que Popt es la potencia suministrada por la célula en el punto óptimo de
IV
cc co energía de la característica (producto de intensidad y tensión máximas), Icc es la corriente de cortocircuito y Vco tensión en circuito abierto.
10 Un primer objeto de la presente invención consiste en proponer una estructura de célula fotovoltaica de heterounión de tipo amorfo/cristalino, con o sin un campo BSF, que presente una baja densidad de estados superficiales en la interfase y que pueda ser producida con mayor facilidad que en la técnica anterior.
15 Un segundo objeto de la presente invención consiste en mejorar el factor de forma de la característica de la célula, conservando al mismo tiempo un valor elevado de la tensión de circuito abierto.
Exposición de la invención
20 La presente invención está definida por una célula fotovoltaica que comprende una heterounión entre un sustrato semiconductor cristalino de un primer tipo de conductividad y una primera capa amorfa, sobre una primera cara del sustrato, del mismo material semiconductor y de un segundo tipo de conductividad, opuesto al primero y que presenta un nivel de dopaje comprendido entre 1.1019 y 1.1022 átomos/cm3, estando recubierta la segunda cara del sustrato, opuesta a la primera cara, por una tercera capa amorfa del mismo material que el sustrato y del mismo tipo
25 de conductividad, con un nivel de dopaje comprendido entre 1. 1019 y 1. 1022 átomos/cm3. Esta célula comprende además una segunda capa amorfa del mismo tipo de conductividad que la primera capa y que presenta un nivel de dopaje comprendido entre 1. 1016 y 1. 1018 átomos/cm3, estando depositada dicha segunda capa directamente sobre la primera cara del sustrato y estando recubierta por dicha primera capa.
30 De acuerdo con una primera variante, el dopaje dentro de las capas primera y segunda es gradual, aumentando el nivel de dopaje en una dirección que va desde la segunda capa hasta la primera capa.
De acuerdo con una segunda variante, el nivel de dopaje en cada una de las primera y segunda capas es constante.
35 La primera capa tiene típicamente un grosor inferior a 50 nm y la segunda capa un grosor inferior a 10 nm.
Ventajosamente, de acuerdo con una segunda forma de realización, la célula fotovoltaica comprende además una cuarta capa amorfa, del mismo material semiconductor que el sustrato y del mismo primer tipo de conductividad, depositándose dicha cuarta capa directamente sobre la segunda cara del substrato y estando recubierta por dicha
40 tercera capa.
De acuerdo con una primera variante de la segunda forma de realización, el dopaje dentro de las tercera y cuarta capas es gradual, aumentando el nivel de dopaje en una dirección que va desde la cuarta capa hasta la tercera capa.
45 De acuerdo con una segunda variante de la segunda forma de realización, el nivel de dopaje en cada una de las tercera y cuarta capas es constante.
Típicamente, la tercera capa tiene un grosor inferior a 50 nm y la cuarta capa tiene un grosor inferior a 10 nm.
50 Ventajosamente, dicha primera capa está recubierta por una primera capa de óxido transparente conductor sobre la que están dispuestos los primeros electrodos colectores.
De manera similar, dicha tercera capa puede estar recubierta por una segunda capa de óxido transparente 55 conductor sobre la que están dispuestos los segundos electrodos colectores.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas se pondrán de manifiesto con la lectura de una forma de realización preferente de la 60 invención, dada haciendo referencia a las figuras adjuntas, entre las cuales:
la figura 1A representa esquemáticamente una primera estructura de célula fotovoltaica conocida en la técnica anterior; la figura 1B representa esquemáticamente una segunda estructura de célula fotovoltaica conocida en la técnica anterior;
la figura 2A representa esquemáticamente una estructura de célula fotovoltaica de acuerdo con una primera forma 5 de realización de la invención;
la figura 2B representa esquemáticamente una estructura de célula fotovoltaica de acuerdo con una segunda forma de realización de la invención.
Exposición detallada de formas de realización particulares
Se considera de nuevo una estructura de célula fotovoltaica de heterounión de tipo amorfo/cristalino. Una célula de este tipo comprende un sustrato semiconductor poli o monocristalino, típicamente de silicio monocristalino, de un primer tipo de conductividad, sobre el cual se deposita una capa del mismo semiconductor en fase amorfa,
15 típicamente a-Si, que tiene un segundo tipo de conductividad opuesto al primero.
La figura 2A ilustra la estructura una célula fotovoltaica de acuerdo con una primera forma de realización de la invención.
El sustrato semiconductor cristalino, por ejemplo, una placa de silicio monocristalino de tipo N, se denota como 210. El grosor del sustrato 210 es del orden de unos pocos cientos de micrómetros.
La capa de semiconductor amorfo, de tipo opuesto al del sustrato, por ejemplo de a-Si dopado P+, se denota como
220. El nivel de dopaje de esta primera capa amorfa 220 está comprendido entre 1.1019 y 1.1022 át/cm3 y su grosor 25 varía típicamente entre 6 y 20 nm, y de manera más general es inferior a 50 nm.
A diferencia de en la técnica anterior, una segunda capa amorfa, 225, débilmente dopada y del mismo tipo que la primera, es depositada directamente sobre el sustrato, antes del depósito de la capa amorfa 220. El nivel de dopaje de la segunda capa amorfa está comprendido entre 1.1016 y 1.1018 át/cm3, es decir, sustancialmente inferior a los niveles de dopaje que se utilizan actualmente, por lo que convencionalmente se habla de capa microdopada. El grosor de la capa 225 está típicamente comprendido entre 2 y 4 nm, y de manera más general es inferior a 10 nm.
La segunda capa amorfa microdopada, 225, presenta un doble interés. En primer lugar, gracias a su bajo nivel de dopaje, permite obtener una baja densidad de estados localizados y, en consecuencia, una baja tasa de
35 recombinación de los portadores en la interfase, así como un elevado valor de Vco, similar al de una capa amorfa intrínseca. Además, la capa amorfa microdopada presenta una conductividad sustancialmente mayor que una capa intrínseca, lo que reduce la resistencia en serie de la célula y mejora sustancialmente su factor de forma.
La capa amorfa 220 está recubierta por una capa de óxido transparente conductor, 230, por ejemplo de ITO (óxido de estaño e indio, del inglés Indium Tin Oxide). Un electrodo interdigitado, 240, por ejemplo de plata, permite recoger los portadores mayoritarios (en este caso los agujeros) en la superficie superior de la celda. Esta superficie superior está expuesta a la radiación luminosa.
La cara inferior del sustrato 210 está recubierta por un electrodo posterior 280, opcionalmente después de depositar
45 una tercera capa 260, del mismo material amorfo que el sustrato y del mismo tipo de conductividad (a-Si dopado N+) con un nivel de dopaje comprendido entre 1019 y 1022 át/cm3, con el fin de garantizar una buena recogida de los portadores mayoritarios, y después por una capa de óxido transparente conductor, 270, por ejemplo ITO. La tercera capa tiene típicamente un grosor comprendido entre aproximadamente 12 y 350 nm. La capa de ITO tiene, por ejemplo, un grosor comprendido entre aproximadamente 75 y 100 nm.
De acuerdo con una primera variante, el nivel de dopaje es constante en cada una de las capas amorfas, siendo el nivel de dopaje en la primera capa amorfa, como ya se ha mencionado, sustancialmente mayor que en la segunda capa amorfa, directamente en contacto con el sustrato.
55 De acuerdo con una segunda variante, el nivel de dopaje es gradual a través de estas dos capas y aumenta en la dirección que va desde la segunda capa amorfa, 225, hasta la primera capa amorfa, 220. Esta segunda variante es ventajosa en la medida en que el gradiente de dopaje crea en estas capas un campo eléctrico que permite una extracción más fácil de los portadores mayoritarios (en este caso los agujeros) y que se opone a la difusión de los portadores minoritarios (los electrones). La separación de los portadores de carga reduce aún más la tasa de recombinación, en particular, en la capa conductora 230. Asimismo, dado que la parte superior de la primera capa amorfa es la más altamente dopada, es posible obtener un buen contacto óhmico con la capa conductora 230.
La figura 2B ilustra la estructura una célula fotovoltaica de acuerdo con una segunda forma de realización de la invención. Los elementos idénticos a los de la figura 2A están designados por los mismos números de referencia.
65 Esta segunda forma de realización difiere de la primera en que comprende una cuarta capa amorfa microdopada, 265, del mismo tipo que la tercera, en este caso una capa de a-Si dopada N, que se deposita directamente sobre la cara posterior del sustrato antes que la capa amorfa 260. El nivel de dopaje de la cuarta capa amorfa está comprendido entre 1.1016 y 1.1018 átomos/cm3 y su grosor está típicamente comprendido entre 2 y 4 nm.
5 En comparación con la configuración conocida en la técnica anterior, en la cual la capa amorfa altamente dopada, que genera el campo BSF, se encuentra directamente en contacto con la cara posterior, la presente estructura permite obtener una menor densidad de estados en la interfase con el sustrato, similar a la de una capa intrínseca, lo que se traduce en una baja tasa de recombinación de los portadores. Por otro lado, puesto que la cuarta capa tiene una mayor conductividad que la de una capa amorfa intrínseca, se mejora el factor de forma de la celda.
10 La cara inferior de la capa amorfa 260 está recubierta por un electrodo colector posterior 280, opcionalmente después de depositar una capa de óxido transparente conductor, 270 por ejemplo ITO. Esta última capa tiene, por ejemplo, un grosor comprendido entre aproximadamente 75 y 100 nm.
15 De acuerdo con una primera variante de la segunda forma de realización, el nivel de dopaje es constante en cada una de las capas amorfas, siendo el nivel de dopaje en la tercera capa amorfa sustancialmente mayor que en la cuarta capa amorfa, directamente en contacto con el sustrato.
De acuerdo con una segunda variante de la segunda forma de realización, el nivel de dopaje es gradual a través de
20 las cuarta y tercera capas. Más precisamente, crece en la dirección que va desde la cuarta capa amorfa, 265, hasta la tercera capa amorfa, 260. En comparación con la primera variante, esta segunda variante presenta las mismas ventajas que las descritas en el marco de la primera forma de realización, a saber, la extracción más eficaz de los portadores mayoritarios (en este caso los electrones) y el hecho de repeler hacia la unión de los portadores minoritarios (en este caso los huecos) que hubiesen difundido en la dirección del electrodo colector, lo que se
25 traduce una vez más en una menor tasa de recombinación de los portadores y un valor de Vco más elevado.
A continuación se expone un ejemplo de realización de una célula fotovoltaica de acuerdo con la segunda forma de realización.
30 El sustrato utilizado es una placa de silicio monocristalino de tipo N que tiene un grosor de 250 μm y una conductividad de 2 Ω.cm, previamente texturizado, limpiado y desoxidado en HF.
Las segunda y primera capas de silicio amorfo se depositan sucesivamente sobre una cara del sustrato preparado de este modo. El depósito se realiza mediante depósito químico en fase vapor asistido por plasma (PECVD del
35 inglés Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). El grosor de la segunda capa es de 3 nm y el de la primera capa es de 7 nm.
El dopaje P de la segunda capa amorfa (microdopada), realizado mediante la introducción de diborano (B2H6) en la cámara de depósito de plasma, es de 5.1017 átomos de boro/cm3 y el dopaje P+ de la primera capa es de 3.1020
40 átomos de boro/cm3 (dopaje medio).
Sobre la otra cara del sustrato, se depositan sucesivamente las cuarta y la tercera capas amorfas por PECVD. El grosor de la cuarta capa es de 4 nm y el de la tercera capa es de 20 nm.
45 El dopaje de estas dos capas se realiza mediante la introducción de fosfina (PH3) en la cámara. El nivel de dopaje (constante) de la cuarta capa (microdopada) es de 1.1017 átomos/cm3 y el dopaje de la tercera capa es de 1.1020 átomos/cm3.
Seguidamente, se depositan capas conductoras transparentes de ITO por pulverización catódica (del inglés 50 sputtering) y los electrodos colectores se realizan por serigrafía con la pasta llamada de «baja temperatura».
La célula fotovoltaica así obtenida muestra un aumento de la tensión Vco de 50 mV, un aumento de la corriente Icc de 1 mA/cm2, así como un mantenimiento del valor del factor de forma en comparación con una célula de grosor equivalente, pero desprovista de capas microdopadas.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Célula fotovoltaica que comprende una heterounión entre un sustrato semiconductor cristalino (210) de un primer tipo de conductividad y una primera capa amorfa (220), sobre una primera cara del sustrato, del mismo material 5 semiconductor y de un segundo tipo de conductividad, opuesto al primero y que presenta un nivel de dopaje comprendido entre 1.1019 y 1.1022 átomos/cm3, estando recubierta la segunda cara del sustrato, opuesta a la primera cara, por una tercera capa amorfa (260) del mismo material que el sustrato y del mismo tipo de conductividad, con un nivel de dopaje comprendido entre 1.1019 y 1.1022 átomos/cm3, caracterizada porque comprende además una segunda capa amorfa (225) del mismo tipo de conductividad que la primera capa y que presenta un nivel de dopaje
    10 comprendido entre 1.1016 y 1.1018 átomos/cm3, estando depositada dicha segunda capa directamente sobre la primera cara del sustrato y estando recubierta por dicha primera capa.
  2. 2. Célula fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el dopaje dentro de las primera y
    segunda capas es gradual, aumentando el nivel de dopaje en una dirección que va desde la segunda capa hasta la 15 primera capa.
  3. 3. Célula fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el nivel de dopaje en cada una de las primera y segunda capas es constante.
    20 4. Célula fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la primera capa tiene un grosor inferior a 50 nm y la segunda capa tiene un grosor inferior a 10 nm.
  4. 5. Célula fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende además una cuarta capa amorfa (265), del mismo material semiconductor que el sustrato y del mismo primer tipo de
    25 conductividad, depositándose dicha cuarta capa directamente sobre la segunda cara del substrato (210) y estando recubierta por dicha tercera capa.
  5. 6. Célula fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque el dopaje dentro de las tercera y
    cuarta capas es gradual, aumentando el nivel de dopaje en una dirección que va desde la cuarta capa hasta la 30 tercera capa.
  6. 7. Célula fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque el nivel de dopaje en cada una de las tercera y cuarta capas es constante.
    35 8. Célula fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque la tercera capa tiene un grosor inferior a 50 nm y la cuarta capa tiene un grosor inferior a 10 nm.
  7. 9. Célula fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha primera
    capa está recubierta por una primera capa de óxido transparente conductor (230) sobre la que están dispuestos los 40 primeros electrodos colectores (240).
  8. 10. Célula fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha tercera capa está recubierta por una segunda capa de óxido transparente conductor (270) sobre la que están dispuestos los segundos electrodos colectores (280).
ES09171557.3T 2008-10-02 2009-09-29 Célula fotovoltaica de heterounión con doble de dopaje y procedimiento de fabricación Active ES2454316T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0856669 2008-10-02
FR0856669A FR2936905B1 (fr) 2008-10-02 2008-10-02 Cellule photovoltaique a heterojonction a deux dopages et procede de fabrication.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2454316T3 true ES2454316T3 (es) 2014-04-10

Family

ID=40668425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09171557.3T Active ES2454316T3 (es) 2008-10-02 2009-09-29 Célula fotovoltaica de heterounión con doble de dopaje y procedimiento de fabricación

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8188364B2 (es)
EP (1) EP2172981B1 (es)
JP (1) JP5424800B2 (es)
ES (1) ES2454316T3 (es)
FR (1) FR2936905B1 (es)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101139443B1 (ko) * 2009-09-04 2012-04-30 엘지전자 주식회사 이종접합 태양전지와 그 제조방법
KR20110043147A (ko) * 2009-10-21 2011-04-27 주성엔지니어링(주) 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법
JP5484950B2 (ja) * 2010-02-23 2014-05-07 三洋電機株式会社 太陽電池
KR101098813B1 (ko) * 2010-08-26 2011-12-26 엘지전자 주식회사 태양 전지
KR101918737B1 (ko) * 2012-03-19 2019-02-08 엘지전자 주식회사 태양 전지
JP2014072416A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール
US20140170806A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Intermolecular, Inc. TCOs for High-Efficiency Crystalline Si Heterojunction Solar Cells
JP5869674B2 (ja) * 2013-03-19 2016-02-24 長州産業株式会社 光発電素子
US11309441B2 (en) 2013-04-03 2022-04-19 Lg Electronics Inc. Solar cell
FR3015770B1 (fr) 2013-12-19 2016-01-22 Commissariat Energie Atomique Procede et systeme de controle de qualite de cellules photovoltaiques
WO2016043353A1 (ko) * 2014-09-15 2016-03-24 주식회사 테스 태양전지모듈
CN108172658B (zh) * 2018-01-23 2019-07-09 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 一种n型异质结双面太阳能电池的制备方法
KR20190128860A (ko) * 2018-05-09 2019-11-19 엘지전자 주식회사 태양 전지

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5213628A (en) 1990-09-20 1993-05-25 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
US5705828A (en) 1991-08-10 1998-01-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
US6207890B1 (en) * 1997-03-21 2001-03-27 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic element and method for manufacture thereof
JP2001189478A (ja) * 1999-12-28 2001-07-10 Sanyo Electric Co Ltd 半導体素子及びその製造方法
JP3902534B2 (ja) * 2001-11-29 2007-04-11 三洋電機株式会社 光起電力装置及びその製造方法
JP4171428B2 (ja) * 2003-03-20 2008-10-22 三洋電機株式会社 光起電力装置
CA2617798A1 (en) * 2005-08-02 2007-03-08 American Express Travel Related Services Company, Inc. Commercial share of wallet
US20080000522A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 General Electric Company Photovoltaic device which includes all-back-contact configuration; and related processes
JP4568254B2 (ja) * 2006-07-20 2010-10-27 三洋電機株式会社 太陽電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
JP5424800B2 (ja) 2014-02-26
JP2010087520A (ja) 2010-04-15
FR2936905A1 (fr) 2010-04-09
FR2936905B1 (fr) 2010-10-29
US20100084012A1 (en) 2010-04-08
EP2172981A2 (fr) 2010-04-07
EP2172981B1 (fr) 2013-12-25
US8188364B2 (en) 2012-05-29
EP2172981A3 (fr) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2454316T3 (es) Célula fotovoltaica de heterounión con doble de dopaje y procedimiento de fabricación
ES2955936T3 (es) Estructura de contacto pasivada y célula solar que comprende la misma, unidad de células y sistema fotovoltaico
US10084107B2 (en) Transparent conducting oxide for photovoltaic devices
KR101000064B1 (ko) 이종접합 태양전지 및 그 제조방법
KR20110025481A (ko) 이종접합 태양전지와 그 제조방법
US20080174028A1 (en) Method and Apparatus For A Semiconductor Structure Forming At Least One Via
CN102064216A (zh) 一种新型晶体硅太阳电池及其制作方法
RU2013131015A (ru) Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
ES2605635T3 (es) Célula fotovoltaica con heterounión y procedimiento de fabricación de dicha célula
CN107369726B (zh) n型晶体硅双面太阳电池
KR20130106063A (ko) 태양 전지
KR20140105064A (ko) 태양 전지
KR101886818B1 (ko) 이종 접합 실리콘 태양 전지의 제조 방법
Hekmatshoar et al. Novel heterojunction solar cells with conversion efficiencies approaching 21% on p-type crystalline silicon substrates
KR101484620B1 (ko) 실리콘 태양전지
ES2828059T3 (es) Método de producción de un dispositivo fotovoltaico
JP4240984B2 (ja) 光電変換装置
KR20120122002A (ko) 이종접합형 태양전지
JPWO2014076972A1 (ja) 太陽電池セル及び太陽電池セルの抵抗算出方法
KR20200033569A (ko) ＣｕＩ 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지
CN213184320U (zh) 一种高效n型hibc太阳能电池
CN115000188B (zh) 一种用于晶硅异质结太阳电池迎光面的局域接触结构
KR20130078662A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR20120122023A (ko) 이종접합형 태양전지
KR20140147977A (ko) 태양 전지