ES2910965T3 - Procedimiento para la producción de células solares PERT - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la producción de células solares PERT (10) con las etapas de - proporcionar un sustrato de silicio dopado n o p (1), - ejecutar un primer proceso de dopado, con el que se dopa al menos un lado del sustrato de silicio dopado n o p (1) o se aplica al menos una capa dopada a un lado del sustrato de silicio dopado n o p (1), para crear un lado dopado en primer lugar, - depositar al menos una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10), - ejecutar un segundo proceso de dopado, con el que se dopa al menos el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, del sustrato de silicio dopado n o p (1), o se aplica una capa dopada al mismo - en el que tras ejecutar estas etapas se someten a ataque químico por química húmeda los cantos (11, 12) de la célula solar PERT (10), caracterizado porque durante el ataque químico por química húmeda se protege el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, de la célula solar PERT (10) mediante un escudo de agua (4), porque la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) puede sinterizarse y porque tras depositar una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10) y antes de someter a ataque químico por química húmeda los cantos (11, 12) se sinteriza la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5), depositada sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10), mediante un tratamiento a alta temperatura, de modo que no se ve atacada o se ve atacada menos intensamente por el líquido de ataque químico (30), con el que tiene lugar el ataque químico por química húmeda de los cantos (11, 12), que los cantos (11, 12) de la célula solar PERT (10), incluso cuando estos presentan de manera parasitaria durante la deposición de una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10) sustancia que pasiva o enmascara la superficie, depositada (5).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de células solares PERT
Las células solares PERT (passivated emitter and rear, totally diffused, emisor pasivo y parte posterior totalmente difusa) son un género conocido de células solares. Presentan tanto en el lado delantero como en el trasero zonas dopadas de manera elevada por toda la superficie (p+/n+). Estas se producen, por regla general, mediante la difusión de una sustancia de dopado, tal como fósforo, boro, arsénico o antimonio, de una fuente adecuada a temperatura aumentada. Sin embargo, también es posible la incorporación de una sustancia de dopado mediante implantación, así como el crecimiento epitáctico de monocristales o la deposición de capas de silicio dopado de manera elevada amorfo o policristalino mediante un proceso CVD. Las denominadas células solares PERPoly (Passivated Emitter Rear Polysilicon contact, emisor pasivado y parte posterior con contacto de polisilicio), y la célula solar con contacto POLO o TopCON, en las que una capa de silicio o de carburo de silicio dopado de manera elevada u otra capa semiconductora se separa mediante una capa interfacial delgada, a menudo de óxido de silicio u óxido de aluminio, de sustrato, las incluimos a este respecto explícitamente en el género de las células PERT.
A este respecto, el material de base de la célula PERT puede ser silicio dopado tanto n como p u otro material semiconductor, y puede encontrarse en el lado delantero, es decir, sobre el lado de la incidencia de luz principal, de la zona dopada tanto n+ como p+.
Sin embargo, un problema de este tipo de célula solar consiste en que durante el proceso de producción se generan zonas adyacentes entre sí, dopadas de manera elevada de manera opuesta (p+/n+) en el borde de la célula solar, que conducen a reducidas resistencias de derivación y a una reducida tensión disruptiva de la célula solar. Esto tiene como consecuencia que bajo una carga inversa (reverse bias), que se produce, por ejemplo, cuando células solares individuales se sombrean en un módulo solar, toda la corriente de la respectiva cadena fluye en el sentido de bloqueo del diodo a través de la célula solar en cuestión, con lo que pueden producirse es densidades de energía locales grandes y, por consiguiente, generación de calor, también denominada formación de puntos calientes. Una generación de calor de este tipo puede conducir al daño de la célula solar y de todo el módulo solar.
Si se supera, por ejemplo, un valor crítico para la denominada corriente inversa de aproximadamente 1 amperio con una tensión aplicada de -12 voltios, puede producirse una fuerte generación de calor, de modo que durante el funcionamiento pueden aparecer temperaturas de >100°C, lo que puede conducir al daño de componentes del módulo, en particular, del material de encapsulación utilizado en el módulo (por ejemplo, EVA o POE) y la lámina de lado trasero.
Por este motivo, muchos fabricantes de células PERT han pasado a realizar como última etapa de proceso en la producción de tales células solares un aislamiento de cantos por láser. A este respecto, en el lado de emisor de la célula solar, es decir, en el lado que está dopado de manera opuesta a la oblea, con ayuda de un láser se genera un surco de algunos |im de profundidad en la célula solar; el silicio que se encuentra allí se elimina mediante el láser. El surco de láser se genera a una distancia de pocos cientos de |im del canto. El emisor de célula solar, a menudo en el lado delantero de la célula solar, tiene normalmente una profundidad < 1-2 pm, de modo que el surco de láser separa el emisor de célula solar del lado dopado de manera opuesta. Debido a la separación puede conseguirse una alta tensión disruptiva de la célula solar, por lo que incluso en condiciones de carga inversa no permite ningún flujo de corriente considerable en el sentido de bloqueo, no existiendo ningún flujo de corriente considerable en el sentido de esta descripción cuando la corriente inversa con una tensión negativa aplicada de -12 voltios es menor de 1 amperio. La resistencia de derivación puede aumentarse de esta manera hasta valores > 100 ohmios.
Sin embargo, este modo de proceder conlleva dos desventajas graves: en primer lugar, se reduce la superficie activa de la célula solar, dado que portadores de carga, que se generan en la zona de borde fuera del surco, no pueden contribuir o ya solo de manera ligera a la corriente de la célula solar. En segundo lugar, el láser deja una daño considerable en la superficie de la célula solar, la superficie expuesta a láser ya no está pasivada y en lugar de esto es un lugar de recombinación muy alta, lo que conduce a un aumento de la corriente de saturación de bloqueo y con ello a una reducción del factor de plenitud. Ambos efectos conducen conjuntamente a una pérdida del 0,2% absoluto en la eficiencia para células solares PERT con aislamiento de cantos por láser en comparación con las células solares no tratadas del mismo tipo.
Un planteamiento alternativo, pero menos extendido, para el aislamiento de cantos consiste en separar entre sí el lado delantero y trasero de la célula solar mediante una etapa de ataque químico por plasma tras la creación de las zonas dopadas de manera elevada. A este respecto, por medio de un plasma en el borde de la célula solar se somete a ataque químico la capa de silicio dopado que se encuentra allí y, por consiguiente, se provoca la separación del lado delantero y trasero. También el ataque químico por plasma está asociado con desventajas considerables, dado que se trata de una etapa de proceso cara sucede que las obleas para esta etapa tienen que apilarse, de modo que se aumenta el desecho por daño mecánico y rotura.
En la tecnología de las células solares ya se usan también procedimientos de ataque químico por química húmeda para el aislamiento de cantos, en los que, en particular, tal como se conoce por ejemplo por el documento DE 102009 050 845 A1, una superficie de sustrato del sustrato puede estar protegida mediante un escudo de agua. Sin embargo, estos procedimientos pueden usarse hasta la fecha solo para las denominadas células solares Al-BSF, MWT y PERC, porque conllevan que una de las superficies dopadas de la célula solar, por regla general, el lado trasero, se elimina por ataque químico mediante el líquido de ataque químico. Una posibilidad para usar un procedimiento de este tipo en particular en células solares PERT no se ha encontrado hasta la fecha.
Por el documento CN 102315284 A un procedimiento para la producción de células solares con las etapas de - proporcionar un sustrato de silicio dopado n o p,
- ejecutar un proceso de dopado en primer lugar, con el que se dopa al menos un lado del sustrato de silicio dopado n o p o se aplica al menos una capa dopada a un lado del sustrato de silicio dopado N o P, para crear un lado dopado en primer lugar,
- depositar al menos una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie sobre el lado dopado en primer lugar, de la célula solar,
- ejecutar un segundo proceso de dopado, con el que se dopa al menos el otro lado, opuesto al lado dopado, en primer lugar, del sustrato de silicio dopado n o p o se aplica una capa dopada sobre el mismo, y
- ejecutar procesos de ataque químico tras ejecutar estas etapas, concretamente atacar de manera química por un lado la capa de emisor y atacar de manera química la capa PSG y las capas de SiO2.
La publicación CN 105742411 B describe un procedimiento para la producción de células solares con las etapas de: - proporcionar un sustrato de silicio dopado n o p,
- ejecutar un primer proceso de dopado, con el que se dopa al menos un lado del sustrato de silicio dopado n o p o se aplica al menos una capa dopada a un lado del sustrato de silicio dopado n o p, para crear un lado dopado en primer lugar,
- depositar al menos una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar,
- ejecutar un segundo proceso de dopado, con el que se dopa al menos el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, del sustrato de silicio dopado n o p, o se aplica una capa dopada al mismo,
- tras ejecutar estas etapas, ejecutar el ataque químico por química húmeda de los cantos de la célula solar.
Por tanto, el objetivo de la invención consiste en proporcionar un procedimiento para la producción de células solares PERT, que posibilite un aislamiento de cantos por química húmeda. Este objetivo se alcanza mediante un procedimiento para la producción de células solares PERT con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos del procedimiento son el objeto de las reivindicaciones dependientes.
El procedimiento según la invención para la producción de células solares PERT presenta, tal como los procedimientos ya conocidos para la producción de este tipo de células solares, las etapas de
- proporcionar un sustrato de silicio dopado n o p,
- ejecutar un primer proceso de dopado, con el que se dopa al menos un primer lado (denominado a continuación lado dopado en primer lugar) - preferiblemente al menos el lado trasero - de la célula solar PERT, para crear un lado dopado en primer lugar, o se aplica al menos una capa dopada, para crear un lado dopado en primer lugar.
A este respecto, la al menos una capa dopada aplicada también puede formar parte de un apilamiento de capas a partir de capas pasivantes y conductoras. En particular, en esta primera etapa de dopado preferiblemente se dopa de manera elevada el lado correspondiente de la célula solar PERT, debiendo entenderse por “se dopa de manera elevada” en el contexto de esta descripción un dopado de al menos 1019 átomos de dopado/cm3.
- depositar al menos una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT, y
- ejecutar un segundo proceso de dopado, con el que se dopa al menos el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, preferiblemente el lado delantero del sustrato de silicio dopado p o n. También este proceso de dopado conduce preferiblemente a un dopado elevado en el sentido definido anteriormente de “se dopa de manera elevada”.
Estas etapas se ejecutan en la secuencia indicada, pero no obligatoriamente de manera inmediata unas detrás de otras. En este contexto debe indicarse que mediante el uso de las formulaciones “ejecutar un primer proceso de dopado” y “al menos una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie” se incluyen en la reivindicación, en particular, también células solares PERT con apilamientos de pasivación y de enmascaramiento, tal que se usan, por ejemplo, en tales células solares con contacto pasivado, POLO o PERPOLY o TOPCON.
Es esencial para la invención que tras ejecutar estas etapas los cantos de la célula solar PERT se sometan a ataque químico por química húmeda, protegiéndose durante el ataque químico por química húmeda el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, de la célula solar o del sustrato de silicio dopado p o n, a partir del que, en el caso de la realización del procedimiento, se genera la célula solar, es decir, preferiblemente el lado delantero posterior de la célula solar PERT, mediante un escudo de agua.
El ataque químico por química húmeda de los cantos se posibilita, en particular, porque la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie puede sinterizarse y porque tras depositar una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT o del sustrato de silicio dopado p o n, a partir del que, en el caso de la realización del procedimiento, se genera la célula solar, y antes de someter a ataque químico por química húmeda los cantos se sinteriza la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie depositada sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT o del sustrato de silicio dopado p o n, a partir del que en el caso de la realización del procedimiento se genera la célula solar, mediante un tratamiento a alta temperatura, de modo que no se ve atacada o se ve atacada menos intensamente por el líquido de ataque químico, con el que tiene lugar el ataque químico por química húmeda de los cantos, que los cantos de la célula solar PERT, incluso cuando estos presentan de manera parasitaria durante la deposición de una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie, depositada.
De esta manera puede implementarse un aislamiento de cantos, en el que no se dañan las obleas, que además pueden llevarse a la práctica con rendimientos claramente mayores que los que permiten los sistemas láser o instalaciones de ataque químico por plasma y debido al reducido volumen de ataque químico conlleva únicamente un consumo de productos químicos extremadamente reducido.
Debe mencionarse que en esta divulgación se usa en algunos puntos el término célula solar “PERT” para conseguir una mayor claridad y concisión de la formulación parcialmente también para productos intermedios (precursores de célula), a partir de los que en el caso de la realización del procedimiento se produce una célula de este tipo.
Un material preferido para una sustancia sinterizable de este tipo es, por ejemplo, nitruro de silicio, otro material que puede usarse ventajosamente carburo de silicio.
El procedimiento puede ejecutarse de manera especialmente económica cuando el tratamiento a alta temperatura tiene lugar durante la ejecución de una etapa de difusión en el segundo proceso de dopado y, por consiguiente, en paralelo en el tiempo a esta etapa de por sí necesaria.
Otro modo de proceder económico para el tratamiento a alta temperatura consiste en que tenga lugar durante la ejecución de un proceso de recocido necesario en el segundo proceso de dopado.
Han dado especialmente buen resultado tratamientos a alta temperatura, en los que la célula solar PERT (es decir más exactamente la célula solar PERT posterior, que está produciéndose) se expone durante el tratamiento a alta temperatura a una temperatura de al menos 500°C, preferiblemente más de 700°C durante un periodo de tiempo de al menos un segundo. Es decir, ya es suficiente un breve “quemado” a estas altas temperaturas.
Ha dado especialmente buen resultado que el líquido de ataque químico sea una mezcla de HF, HNO3 y H2SO4. A este respecto, se prefiere un porcentaje en volumen de HF en la mezcla, que se encuentra entre el 5% y el 40% y, por consiguiente, es mayor que en los líquidos de ataque químico por lo demás habituales a base de estas sustancias.
Con la deposición de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT puede producirse, en función de los requisitos de la capa depositada, que la sustancia se deposite de manera parasitaria también en los cantos, disminuyendo la cantidad de la deposición parasitaria desde el lado trasero hacia el lado superior. Incluso en los casos, en los que esta deposición parasitaria es tan intensa que un tratamiento a alta temperatura también en los cantos produciría una sinterización completa del material que pasiva o que enmascara la superficie, puede emplearse, sin embargo, todavía la invención, cuando entre la deposición de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie al menos sobre el lado trasero de la célula solar PERT y la sinterización de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie mediante tratamiento a alta temperatura tienen lugar etapas de proceso adicionales, en particular de química húmeda, en las que se eliminan partes de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie.
Esto puede posibilitarse, en particular, porque a menudo etapas de proceso de por sí previstas como, por ejemplo, una texturización superficial del sustrato de silicio dopado n y/o un ataque químico de vidrio de boro o de fósforo se adaptan en cuanto a la duración del proceso y/o las concentraciones de los productos químicos usados. De esta manera, puede impedirse, en caso necesario, es decir, en particular cuando el grosor de capa deseado de la sustancia que pasiva o que enmascara la superficie es tan alto que el recubrimiento parasitario de los cantos se convertiría igualmente mediante un tratamiento térmico en una barrera de ataque químico, que mediante el tratamiento a alta temperatura se sinteriza también un recubrimiento parasitario en los cantos y entonces ya no puede someterse a ataque químico por química húmeda.
Además, ha demostrado ser ventajoso que antes de la aplicación de la capa dopada sobre el lado trasero de la célula solar PERT se aplique una capa de óxido - diseñada preferiblemente de manera delgada.
La invención se explica a continuación más detalladamente mediante una figura. Muestra:
la figura 1: una representación esquemática de una etapa de ataque químico de cantos por química húmeda en la producción de una célula solar PERT.
En la representación esquemática de la figura 1 se reconoce una célula solar 10 (o más exactamente su precursor), que por medio de rodillos de transporte 20 se desplaza en el sentido indicado mediante la flecha a través de un baño de ataque químico con un líquido de ataque químico 30 formado por una mezcla de HF, HNO3 y H2SO4 , para provocar un ataque químico por química húmeda de los cantos 11, 12 de la célula solar PERT 10.
La célula solar PERT 10 tiene en este ejemplo un sustrato de silicio dopado n 1, un emisor dopado p+ 2, configurado en el lado delantero 13 del sustrato de silicio 1, y un campo de superficie posterior dopado n+ 3, configurado en el lado trasero 14 del sustrato de silicio 1. El lado delantero 13 del sustrato de silicio 1 puede estar opcionalmente estructurado. El lado trasero 14 del sustrato de silicio 1 puede estar opcionalmente o bien pulido o bien estructurado.
Durante el proceso de ataque químico por química húmeda representado, el lado delantero 13 está protegido mediante un escudo de agua 4, mientras que el lado trasero 14 está protegido mediante una capa sinterizada de una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie 5, concretamente, por ejemplo, una capa de nitruro de silicio o un apilamiento de capas de óxido de silicio y de nitruro de silicio. De esta manera pueden eliminarse por ataque químico los restos depositados de manera parasitaria 6 de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie 5 - concretamente por ejemplo deposiciones de nitruro de silicio parasitarias en los cantos 11, 12 -, que no 0 ya no existían en el momento del tratamiento a alta temperatura, que ha provocado la sinterización, allí en una concentración suficiente para la configuración de una barrera de ataque químico cerrada, y zonas de canto 7, 8 del sustrato de silicio 1, en las que están en contacto zonas de diferentes dopados, y conseguirse así un aislamiento de cantos por química húmeda.
Como queda claro directamente para el experto en la técnica, el ejemplo de realización descrito en este caso no está limitado a sustratos dopados n y los dopados indicados, en particular, del emisor y para la creación del campo de superficie posterior, sino que puede aplicarse directamente a zonas dopadas de manera elevada dopadas de otra manera.
Lista de números de referencia
1 sustrato de silicio dopado n
2 emisor dopado p+
3 campo de superficie posterior dopado n+
4 escudo de agua
5 sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie
6 sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie de manera parasitaria
7, 8 zona de canto, en la que están en contacto zonas de diferentes dopados
10 célula solar PERT (o su estructura precursora)
11,12 canto
13 lado delantero del sustrato
14 lado trasero del sustrato
20 rodillo de transporte
30 líquido de ataque químico
Ċ

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la producción de células solares PERT (10) con las etapas de
- proporcionar un sustrato de silicio dopado n o p (1),
- ejecutar un primer proceso de dopado, con el que se dopa al menos un lado del sustrato de silicio dopado n o p (1) o se aplica al menos una capa dopada a un lado del sustrato de silicio dopado n o p (1), para crear un lado dopado en primer lugar,
- depositar al menos una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10),
- ejecutar un segundo proceso de dopado, con el que se dopa al menos el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, del sustrato de silicio dopado n o p (1), o se aplica una capa dopada al mismo
- en el que tras ejecutar estas etapas se someten a ataque químico por química húmeda los cantos (11, 12) de la célula solar PERT (10), caracterizado porque durante el ataque químico por química húmeda se protege el otro lado, opuesto al lado dopado en primer lugar, de la célula solar PERT (10) mediante un escudo de agua (4), porque la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) puede sinterizarse y porque tras depositar una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10) y antes de someter a ataque químico por química húmeda los cantos (11, 12) se sinteriza la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5), depositada sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10), mediante un tratamiento a alta temperatura, de modo que no se ve atacada o se ve atacada menos intensamente por el líquido de ataque químico (30), con el que tiene lugar el ataque químico por química húmeda de los cantos (11, 12), que los cantos (11, 12) de la célula solar PERT (10), incluso cuando estos presentan de manera parasitaria durante la deposición de una sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10) sustancia que pasiva o enmascara la superficie, depositada (5).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tratamiento a alta temperatura tiene lugar durante la ejecución de una etapa de difusión en el segundo proceso de dopado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tratamiento a alta temperatura tiene lugar durante la ejecución de un proceso de recocido necesario en el segundo proceso de dopado.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,2 o 3,
caracterizado porque la célula solar PERT (10) se expone durante el tratamiento a alta temperatura a una temperatura de al menos 500°C durante un periodo de tiempo de al menos 1 segundo.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el líquido de ataque químico (30) es una mezcla de HF, HNO3 y H2SO4 o contiene al menos uno de los componentes HF, HNO3 y H2SO4.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el porcentaje en volumen de HF en el líquido de ataque químico (30) se encuentra entre el 5% y el 40%.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque entre la deposición de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) al menos sobre el lado dopado en primer lugar de la célula solar PERT (10) y la sinterización de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5) mediante tratamiento a alta temperatura tienen lugar etapas de proceso adicionales, en las que se retiran partes de la sustancia que pasiva la superficie o que enmascara la superficie (5).
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque antes de la aplicación de la capa dopada para la creación del lado dopado en primer lugar sobre el lado trasero que debe tratarse en primer lugar (14) de la célula solar PERT (10) se aplica una capa de óxido.
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