ES2926597T3 - Módulo fotovoltaico, célula solar y método para producir la célula solar - Google Patents

Módulo fotovoltaico, célula solar y método para producir la célula solar Download PDF

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Abstract

Se proporciona una celda solar. La celda solar incluye al menos una capa semiconductora y una pluralidad de capas de pasivación dispuestas sobre una superficie posterior de la capa semiconductora. Las capas de pasivación incluyen una primera capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un primer índice de refracción, una segunda capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un segundo índice de refracción y dispuesta sobre una superficie de la primera capa de película de oxinitruro de silicio, y una capa de película de nitruro de silicio que tiene un tercer índice de refracción. índice y proporcionado sobre una superficie de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo fotovoltaico, célula solar y método para producir la célula solar
Campo técnico
La presente divulgación se refiere al campo de células solares y, en particular, a un módulo fotovoltaico, una célula solar y un método para producir la célula solar.
Antecedentes
En la actualidad, una eficiencia de un emisor pasivado y célula posterior (PERC) puede mejorase de forma efectiva por medio de la mejora de las características de pasivación posterior. Las células PERC existentes adoptan una pila de óxido de aluminio/nitruro de silicio (AlOx/SiNx) como la capa de pasivación posterior. Una película de óxido de aluminio contiene una densidad alta de carga negativa fija y un gran número de cargas negativas fijas pueden proteger los electrones en una superficie de silicio, reduciendo de este modo los electrones que pueden usarse para recombinación y, por lo tanto, consiguiendo un propósito de supresión de recombinación de portador en la superficie. Debido a la densidad alta de carga negativa fija, puede generarse un efecto de pasivación de campo fuerte y la película de óxido de aluminio se considera, por lo tanto, como una película de pasivación de efecto de campo. Tal película dieléctrica tiene un buen efecto de pasivación tanto en superficies de sustrato de tipo p como de tipo n, aunque resultan en un coste de equipo alto y una capacidad y resultado de producción bajos, que no es propicio para la producción industrial en masa moderna.
Además, la degradación inducida por potencial (PID) tiene un impacto negativo en la vida del servicio y rendimiento de las células solares. Una razón principal de la degradación inducida por potencial se encuentra en que los iones de Na+ dentro del vidrio de un material de encapsulamiento del módulo fotovoltaico (PV) migran dentro de la célula solar a lo largo de una dirección de la célula solar para destruir una unión p-n, conduciendo a una atenuación de la potencia del módulo de PV y la reducción de la fiabilidad. La célula PERC que incluye la capa de pasivación de pila de óxido de aluminio/nitruro de silicio se encapsula mediante EVA (etileno-acetato de vinilo) en un módulo fotovoltaico bifacial, que implica un fenómeno de PID obvio para sus superficies frontal y posterior. El fenómeno de PID de la superficie frontal del módulo fotovoltaico puede aliviarse cambiando el material de encapsulamiento a una poliolefina (POE) de mayor valor, pero el fenómeno de PID de la superficie posterior aún existe.
Por lo tanto, es deseable desarrollar una célula solar y un método para fabricar la célula solar, que pueda mejorar las características de pasivación posterior de la célula solar, reducir la PID y los costes de fabricación relacionados con la célula solar. El artículo "SURFACE PASSIVATION OF C-SI USING SILICON OXYNITRIDE - ACCENTUATING THE THERMAL STABILITY BY SILICON NITRIDE CAPPING LAYER", Anishkumar Soman y Aldrin Antony, 32a Conferencia Europea y Exposición sobre Energía Solar Fotovoltaica, p. 734-737, describe una pila de pasivación posterior para una célula solar fabricada de oxinitruro de silicio (30 nm) y nitruro de silicio (70 nm). El artículo "Industrially PERC Solar Cells with Integrated Front-Side Optimization", Sung-Yu Chen et al., 2018 IEEE 7a Conferencia Mundial sobre la Conversión de Energía Fotovoltaica, p. 980-982, doi: 10.1109/PVSC.2018.8547926, divulga una célula solar con una pila de recubrimiento antirreflexión de pasivación frontal de SiON/SiON/SiN que tiene un grosor total de 120 nm.
Sumario
En un aspecto de la presente divulgación, puede proporcionarse una célula solar. La célula solar incluye: una capa semiconductora y una pluralidad de capas de pasivación proporcionadas en una superficie posterior de la capa semiconductora. Las capas de pasivación incluyen una primera capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un primer índice de refracción; una segunda capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un segundo índice de refracción y se proporciona en una superficie de la primera capa de película de oxinitruro de silicio, y al menos una capa de película de nitruro de silicio que tiene un tercer índice de refracción y se proporciona en una superficie de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio. Una suma de grosores de la primera capa de película de oxinitruro de silicio y la segunda capa de película de oxinitruro de silicio es mayor de 60 nm, un grosor de la al menos una capa de película de nitruro de silicio es mayor de 60 nm, una suma de grosores de la pluralidad de capas de pasivación es mayor de 120 nm y mayor de 300 nm, y el primer índice de refracción es mayor que el segundo índice de refracción y menor que el tercer índice de refracción.
En algunas realizaciones, una relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción oscila entre 1,03 y 1,21.
En algunas realizaciones, una relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,79 y 0,87.
En algunas realizaciones, una relación del segundo índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,72 y 0,77.
En algunas realizaciones, el primer índice de refracción oscila entre 1,62 y 1,71.
En algunas realizaciones, el segundo índice de refracción oscila entre 1,48 y 1,61.
En algunas realizaciones, el tercer rango de índice de refracción oscila entre 2,08 y 2,11.
En otro aspecto de la presente divulgación, puede proporcionarse un módulo fotovoltaico. El módulo fotovoltaico puede incluir al menos una célula solar configurada para convertir energía luminosa recibida en energía eléctrica. Cada una de la al menos una célula solar incluye una capa semiconductora y una pluralidad de capas de pasivación proporcionadas en una superficie posterior de la capa semiconductora. Las capas de pasivación incluyen una primera capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un primer índice de refracción; una segunda capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un segundo índice de refracción y se proporciona en una superficie de la primera capa de película de oxinitruro de silicio, y al menos una capa de película de nitruro de silicio que tiene un tercer índice de refracción y se proporciona en una superficie de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio. Una suma de grosores de la primera capa de película de oxinitruro de silicio y la segunda capa de película de oxinitruro de silicio es mayor de 60 nm, un grosor de la al menos una capa de película de nitruro de silicio es mayor de 60 nm, una suma de grosores de la pluralidad de capas de pasivación es mayor de 120 nm y menor que 300 nm, y el primer índice de refracción es mayor que el segundo índice de refracción y menor que el tercer índice de refracción.
En otro aspecto de la presente divulgación, puede proporcionarse un método para producir una célula solar. El método incluye: depositar secuencialmente una primera capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un primer índice de refracción, una segunda capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un segundo índice de refracción, y al menos una capa de película de nitruro de silicio que tiene un tercer índice de refracción en una superficie posterior de una capa semiconductora para formar capas de pasivación. Una suma de grosores de la primera capa de película de oxinitruro de silicio y la segunda capa de película de oxinitruro de silicio es mayor de 60 nm, un grosor de la al menos una capa de película de nitruro de silicio es mayor de 60 nm, una suma de grosores de la pluralidad de capas de pasivación es mayor de 120 nm y mayor de 300 nm, y el primer índice de refracción es mayor que el segundo índice de refracción y menor que el tercer índice de refracción.
En algunas realizaciones, la primera capa de película de oxinitruro de silicio se deposita usando reactantes que incluyen silano, monóxido de dinitrógeno y amoniaco, en donde una tasa de flujo del silano oscila entre 310 sccm y 380 sccm, una tasa de flujo del monóxido de dinitrógeno oscila entre 5000 sccm y 6000 sccm, una tasa de flujo del amoniaco oscila entre 1600 sccm y 2600 sccm, oscilando una temperatura de deposición entre 480 °C y 510 °C, y una potencia que oscila entre 9000 W y 9500 W.
En algunas realizaciones, la segunda capa de película de oxinitruro de silicio se deposita usando reactantes que incluyen silano, monóxido de dinitrógeno y amoniaco, en donde una tasa de flujo del silano oscila entre 280 sccm y 320 sccm, una tasa de flujo del monóxido de dinitrógeno oscila entre 6000 sccm y 7000 sccm, una tasa de flujo del amoniaco oscila entre 300 sccm y 800 sccm, oscilando una temperatura de deposición entre 480 °C y 510 °C, y una potencia que oscila entre 9000 W y 9500 W.
En algunas realizaciones, la al menos una capa de película de nitruro de silicio se deposita usando reactantes que incluyen silano y amoniaco as reactantes, en donde una tasa de flujo del silano oscila entre 800 sccm y 1420 sccm, una tasa de flujo del amoniaco oscila entre 4000 sccm y 10000 sccm, oscilando una temperatura de deposición entre 480 °C y 510 °C, y una potencia que oscila entre 8500 W y 9500 W.
En comparación con la célula solar que se pasiva con una capa de pasivación convencional que incluye AhO3, el uso de una película de pasivación sin AhO3 puede mejorar de forma efectiva las características de pasivación posterior de la célula solar, reducir la PID del módulo fotovoltaico y disminuir los costes de fabricación. Por ejemplo, las capas de pasivación 2 incluyen un gran número de átomos de hidrógeno, que pueden conseguir un buen efecto de pasivación. Además, la presencia de átomos de oxígeno también puede habilitar que el oxinitruro de silicio tenga una mejor calidad de interfaz en la superficie de silicio, que puede resolver la contradicción incompatible entre la fiabilidad y el menor coste de fabricación de las células solares. Por ejemplo, se proporciona una capa de película de nitruro de silicio como la capa más exterior de las capas de pasivación en la superficie posterior del sustrato. Dado que la película de nitruro de silicio tiene una mayor compacidad y resistencia a la corrosión después de una sinterización a alta temperatura, puede evitar que Na+ se difunda y se erosione en las capas de película, ralentizando de este modo la PID del módulo fotovoltaico. Además, puede obtenerse una mayor eficiencia de célula basándose en una relación preferida entre los índices de refracción y/o grosores de las capas de pasivación.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra una célula solar ilustrativa de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación;
La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método para producir una célula solar de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación;
La Figura 3 muestra datos ilustrativos relacionados con una célula solar de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación;
La Figura 4 es un mapa de contorno para una eficiencia de célula, un grosor y un índice de refracción de una primera capa de película de oxinitruro de silicio de una célula solar de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación; y
La Figura 5 es un mapa de contorno para una eficiencia de célula y un grosor y un índice de refracción de una segunda capa de película de oxinitruro de silicio de una célula solar de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación.
Descripción de las realizaciones
Las realizaciones de la presente divulgación se describirán a continuación en conjunto con los dibujos. Debería observarse que las realizaciones implicadas en esta descripción no son exhaustivas y no representan las realizaciones exclusivas de la presente divulgación. Los siguientes ejemplos correspondientes son únicamente para ilustrar de forma clara el presente contenido de divulgación de la presente divulgación, y no pretenden limitar las realizaciones de la presente divulgación. Para los expertos en la materia, pueden hacerse diversos cambios y modificaciones sobre la base de la descripción de estas realizaciones, y cualquier cambio o modificación obvio que pertenezca al concepto técnico y contenido de la invención de la presente divulgación pertenecerá al alcance de protección de la presente divulgación.
La terminología usada en el presente documento es para el propósito de describir realizaciones de ejemplo particulares únicamente y no pretende ser limitante. Como se usa en el presente documento, las formas singulares "un", "una", "el" y "la" pueden concebirse para incluir también las formas plurales, a no ser que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá adicionalmente que los términos "comprenden", "comprende" y/o "que comprende", "incluyen", "incluye" y/o "que incluye", cuando se usa en esta divulgación, especifican la presencia de características indicadas, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no impiden la presencia o adición de una o más otras características, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.
Estas y otras características, y características de la presente divulgación, así como los procedimientos de operación y funciones de los elementos relacionados de estructura y la combinación de partes y economías de fabricación, pueden ser más aparentes tras la consideración de la siguiente descripción con referencia a los dibujos adjuntos, todos los cuales forman una parte de esta divulgación. Debe entenderse expresamente, sin embargo, que los dibujos son para el propósito de ilustración y descripción únicamente y no pretenden limitar el alcance de la presente divulgación. Se entiende que los dibujos no están a escala.
Los diagramas de flujo usados en la presente divulgación ilustran operaciones que implementan los sistemas de acuerdo con algunas realizaciones en la presente divulgación. Debe entenderse expresamente, las operaciones del diagrama de flujo pueden no implementarse en orden. A la inversa, las operaciones pueden implementarse en un orden inverso, o simultáneamente. Además, pueden añadirse una o más otras operaciones a los diagramas de flujo. Pueden eliminarse una o más operaciones de los diagramas de flujo.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra una célula solar de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación. Como se muestra en la Figura 1, la célula solar incluye una capa semiconductora 1 y una pluralidad de capas de pasivación 2 dispuestas en una superficie posterior de la capa semiconductora 1. En algunas realizaciones, la capa semiconductora 1 puede incluir un sustrato de silicio. Sustratos de silicio ilustrativos pueden incluir, pero sin limitación, un sustrato de silicio monocristalino o un sustrato de silicio policristalino. Por ejemplo, la capa semiconductora 1 puede incluir un sustrato de silicio monocristalino. En algunas realizaciones, las capas de pasivación 2 pueden incluir una primera capa de película de oxinitruro de silicio 21, una segunda capa de película de oxinitruro de silicio 22 y una capa de película de nitruro de silicio 23. La primera capa de película de oxinitruro de silicio 21 se proporciona en la superficie posterior de la capa semiconductora 1, la segunda capa de película de oxinitruro de silicio 22 se proporciona en una superficie de la primera capa de película de oxinitruro de silicio 21 y la capa de película de nitruro de silicio 23 se proporciona en una superficie de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio 22. En algunas realizaciones, puede haber diversas secuencias para las respectivas capas de la pila de películas de pasivación (es decir, la pluralidad de capas de pasivación 2), que no se limitarán a la secuencia mostrada en la Figura 1.
Como alternativa o adicionalmente, al menos una capa de óxido de silicio (no mostrada en la Figura 1) puede formarse entre la primera capa de película de oxinitruro de silicio 21 y la capa semiconductora 1. En algunas realizaciones, un grosor de la al menos una capa de óxido de silicio puede estar en un rango entre 1 nm y 10 nm. Por ejemplo, un grosor preferible de la al menos una capa de óxido de silicio puede estar en el rango entre 1 nm y 3 nm. En algunas realizaciones, la capa de óxido de silicio puede ser parte de la primera capa de película de oxinitruro de silicio 21. En algunas realizaciones, la capa de óxido de silicio puede ser parte de la capa semiconductora 1.
En algunas realizaciones, las capas de pasivación 2 pueden depositarse mediante deposición de capa atómica, deposición química de vapor, deposición química de vapor mejorada por plasma o deposición física, etc.
En algunas realizaciones, al menos dos capas de las capas de pasivación 2 tienen diferentes índices de refracción entre sí. Cuando se diseñan las capas de pasivación, debería considerarse completamente la relación de índices de refracción de capas individuales.
En algunas realizaciones, la primera capa de película de oxinitruro de silicio 21 tiene un índice de refracción (también denominado un primer índice de refracción) que es mayor que un índice de refracción (también denominado un segundo índice de refracción) de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio 22. En algunas realizaciones, el primer índice de refracción y el segundo índice de refracción satisfacen una primera relación. La primera relación incluye una relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción, que oscila entre 1,03 y 1,21. Por ejemplo, la relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción puede ser 1,05, 1,10, 1,15, 1,20 y así sucesivamente.
En algunas realizaciones, el índice de refracción (es decir, el primer índice de refracción) de la primera capa de película de oxinitruro de silicio 21 es menor que un índice de refracción (también denominado un tercer índice de refracción) de la capa de película de nitruro de silicio 23. En algunas realizaciones, el primer índice de refracción y el tercer índice de refracción satisfacen una segunda relación. La segunda relación incluye una relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción, que oscila entre 0,79 y 0,87. Por ejemplo, la relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción puede ser 0,80, 0,81, 0,82, 0,83, 0,84, 0,85 y así sucesivamente.
En algunas realizaciones, el índice de refracción (es decir, el segundo índice de refracción) de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio 22 es menor que el índice de refracción (es decir, el tercer índice de refracción) de la capa de película de nitruro de silicio 23. En algunas realizaciones, el segundo índice de refracción y el tercer índice de refracción satisfacen una tercera relación. La tercera relación incluye una relación del segundo índice de refracción al tercer índice de refracción, que oscila entre 0,72 y 0,77. Por ejemplo, la relación del segundo índice de refracción al tercer índice de refracción puede ser 0,73, 0,74, 0,75, 0,76 y así sucesivamente.
En algunas realizaciones, el primer índice de refracción oscila entre 1,62 y 1,71.
En algunas realizaciones, el segundo índice de refracción oscila entre 1,48 y 1,61.
En algunas realizaciones, el tercer índice de refracción oscila entre 2,08 y 2,11.
En algunas realizaciones, la capa de película de nitruro de silicio 23 puede incluir múltiples subcapas. Por ejemplo, la capa de película de nitruro de silicio 23 puede incluir una a tres subcapas de nitruro de silicio, tal como una, dos o tres. En algunas realizaciones, al menos una porción de las subcapas de nitruro de silicio tienen diferentes índices de refracción. Por ejemplo, un índice de refracción de la primera subcapa de nitruro de silicio es 2,08, un índice de refracción de la segunda subcapa de nitruro de silicio es 2,09 y un índice de refracción de la tercera subcapa de nitruro de silicio es 2,10. Un índice de refracción general de las múltiples subcapas de nitruro de silicio oscila entre 2,08 y 2,11.
En algunas realizaciones, al menos una porción de las capas de pasivación 2 (por ejemplo, incluyendo 21, 22, 23) puede tener diferentes grosores.
Por ejemplo, una suma de un grosor (d1) de la primera capa de película de oxinitruro de silicio 21 y un grosor (d2) de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio 22 es mayor de 60 nm, y un grosor (d3) de la capa de película de nitruro de silicio 23 es mayor de 60 nm.
Como otro ejemplo, una suma de los grosores de todas las capas de pasivación 2 oscila entre 120 nm y 300 nm.
Como se muestra en la Figura 1, la célula solar incluye adicionalmente una capa de difusión 3 dispuesta en una superficie frontal de la capa semiconductora 1. La capa de difusión 3 puede incluir una capa de difusión dopada con fósforo o una capa de difusión dopada con boro. Por ejemplo, para una capa semiconductora de tipo P, la capa de difusión 3 es una capa de difusión dopada con fósforo. Para una capa semiconductora de tipo N, la capa de difusión 3 es una capa de difusión dopada con boro. Puede formarse una unión P-N entre la capa de difusión 3 y la capa semiconductora 1. En algunas realizaciones, un grosor de la capa semiconductora 1 puede estar en un rango entre 160 |jm y 220 |jm.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, se proporciona adicionalmente una capa antirreflexión 4 en una superficie de la capa de difusión 3. En algunas realizaciones, la capa antirreflexión 4 puede componerse de una estructura de película multicapa, incluyendo pero sin limitación a, una capa de película de óxido de aluminio, una capa de película de nitruro de silicio, una capa de película de oxinitruro de silicio o similar o cualquier combinación de las mismas. En algunas realizaciones, la capa antirreflexión 4 puede incluir una capa de película similar a o sustancialmente la misma que las capas de pasivación 2. La capa antirreflexión 4 puede no reducir únicamente la reflexión de la luz incidente en la célula solar, sino también pasivar la superficie de la célula solar. En algunas realizaciones, la capa antirreflexión 4 puede denominarse como una capa de pasivación frontal.
Debería observarse que la superficie frontal de la capa semiconductora 1 descrita en el presente documento puede referirse a una superficie enfrentada al sol, es decir, una superficie receptora de luz. En un modo de operación normal, la luz solar impacta directamente en la superficie receptora de luz. La superficie posterior de la capa semiconductora 1 es una superficie opuesta a la superficie receptora de luz.
En algunas realizaciones, la capa semiconductora 1 puede incluir, pero sin limitación, un sustrato de silicio monocristalino o un sustrato de silicio policristalino. Por ejemplo, la capa semiconductora 1 es un sustrato de silicio monocristalino. En algunas realizaciones, una resistividad de la capa semiconductora 1 puede estar en un rango entre 0,5 O^cm y 3,5 O^cm. En algunas realizaciones, la resistividad puede estar en un rango entre 0,5 O^cm y 2,5 O^cm. En algunas realizaciones, la resistividad puede estar en un rango entre 2,5 O^cm y 3,5 O^cm. Como alternativa, las resistividad de la capa semiconductora 1 es 2,0 O^cm.
En algunas realizaciones, al menos un electrodo posterior puede disponerse en la superficie posterior de la capa semiconductora 1 (no mostrado en la Figura 1). Al menos una porción del al menos un electrodo posterior puede disponerse en la superficie de las capas de pasivación 2, por ejemplo, disponerse en la superficie de la capa o capas de película de nitruro de silicio 23. El al menos un electrodo posterior puede penetrar y/o penetrar parcialmente a través de la pila de películas de pasivación 2 para formar un contacto óhmico con la capa semiconductora 1. Por ejemplo, puede imprimirse una pasta conductora en la superficie posterior de la capa semiconductora 1 mediante una técnica de serigrafiado, a continuación se deja secar para formar electrodos posteriores en forma de cuadrícula. La pasta conductora de los electrodos posteriores puede incluir una pasta de plata conductora con penetrabilidad, que puede penetrar a través de cada capa de las capas de pasivación 2 después de sinterizarse para conectarse eléctricamente a la capa semiconductora 1.
Puede entenderse que la estructura de capa de pasivación ilustrada en la Figura 1 puede usarse para preparar diversas células solares, tales como una célula solar PERC, una célula solar de contacto posterior interdigitado (IBC), una célula solar de heterounión de silicio (SHJ), una célula solar de contacto posterior interdigitado y heterounión (HBC), una célula solar de contacto de pasivación con óxido de túnel (TOPCon), una célula solar de contacto de pasivación selectiva de óxido de polisilicio (POLO), etc.
En algunas realizaciones, puede usarse al menos una célula solar con las capas de pasivación 2 para formar un módulo fotovoltaico. El módulo fotovoltaico puede incluir, pero sin limitación, un módulo fotovoltaico de teja, un módulo fotovoltaico bifacial, un módulo fotovoltaico de múltiples barras colectoras (MBB). Por ejemplo, puede proporcionarse al menos una cadena de células, que se compone de la al menos una célula solar. La al menos una cadena puede conectarse de forma operable a través de un material de conexión conductor, tal como una soldadura conductora o un adhesivo conductor. La laminación para la cadena conectada puede operarse con una placa posterior y un copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA) de acuerdo con una cierta secuencia, a continuación puede instalarse un marco para formar el módulo fotovoltaico. La al menos una célula solar puede usarse para convertir la energía luminosa recibida en energía eléctrica. El módulo fotovoltaico puede enviar adicionalmente la energía eléctrica a una carga.
En comparación con la célula solar que se pasiva con una capa de pasivación convencional que incluye AhO3, el uso de una película de pasivación sin AhO3 puede mejorar de forma efectiva las características de pasivación posterior de la célula solar, reducir la PID del módulo fotovoltaico y disminuir los costes de fabricación. Por ejemplo, las capas de pasivación 2 incluyen un gran número de átomos de hidrógeno, que pueden conseguir un buen efecto de pasivación. Además, la presencia de átomos de oxígeno también puede habilitar que el oxinitruro de silicio tenga una mejor calidad de interfaz en la superficie de silicio, que puede resolver la contradicción incompatible entre la fiabilidad y el menor coste de fabricación de las células solares.
La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método para producir una célula solar de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación.
En S201, la capa semiconductora (por ejemplo, la capa semiconductora 1 ilustrada en la Figura 1) puede texturizarse.
Por ejemplo, la capa semiconductora 1 puede texturizarse mediante un proceso de texturizado húmedo. En algunas realizaciones, cuando la capa semiconductora incluye un silicio monocristalino, para el texturizado puede usarse una solución alcalina, tal como una solución de hidróxido de potasio. En algunas realizaciones, cuando la capa semiconductora incluye polisilicio, para el texturizado puede usarse una solución ácida, tal como una solución de ácido fluorhídrico.
Después del texturizado, la superficie (por ejemplo, la superficie frontal) de la capa semiconductora puede tener una estructura texturizada. La estructura texturizada ilustrativa puede ser una estructura piramidal que tiene un efecto de captura de luz, para aumentar la absorción de la luz incidente en la célula solar, mejorando de este modo la eficiencia de la célula solar.
En algunas realizaciones, la capa semiconductora puede limpiarse (por ejemplo, a través de una limpieza ultrasónica) antes del texturizado, para eliminar las impurezas, tal como contaminantes metálicos y orgánicos en la superficie o superficies de la capa semiconductora.
En S202, una capa de difusión (por ejemplo, la capa de difusión 3 ilustrada en la Figura 1) puede formarse en una superficie frontal de la capa semiconductora (por ejemplo, una superficie receptora de luz de la capa semiconductora 1).
En algunas realizaciones, la capa de difusión puede incluir, pero sin limitación, una capa de difusión dopada con fósforo, una capa de difusión dopada con boro. Por ejemplo, cuando la capa de difusión es la capa de difusión dopada con fósforo, una resistencia laminar de la capa de difusión oscila entre 140 O y 150 O.
Solamente para ilustración, la capa semiconductora 1 puede situarse en un horno de difusión de tipo tubo, se usa oxicloruro de fósforo como una fuente dopante, y se establece una temperatura de difusión a aproximadamente 850 °C. En las condiciones de difusión, la capa de difusión dopada con fósforo puede formarse y su resistencia laminar oscila entre 140 O y 150 O.
En S203, puede realizarse un dopaje de emisor láser selectivo (SE) en la superficie frontal de la capa semiconductora para formar una región ligeramente dopada y una región fuertemente dopada. En algunas realizaciones, puede omitirse la operación 203.
En S204, puede realizarse un proceso de grabado. La capa semiconductora puede grabarse usando ácido fluorhídrico para eliminar vidrio de silicato de fósforo (PSG).
En S205, puede realizarse un proceso de oxidación (por ejemplo, oxidación térmica). La oxidación térmica puede usarse para mejorar la pasivación para la célula solar. En algunas realizaciones, al menos una capa de óxido de silicio puede depositarse en la superficie o superficies de la capa semiconductora a través del proceso de oxidación térmica. En algunas realizaciones, un grosor de la al menos una capa de óxido de silicio puede estar en un rango entre 1 nm y 10 nm. Por ejemplo, un grosor preferible de la al menos una capa de óxido de silicio puede estar en el rango entre 1 nm y 3 nm.
En algunas realizaciones, las capas de pasivación en la superficie posterior de la capa semiconductora pueden formarse de acuerdo con las operaciones S206-S208.
El proceso de pasivación puede formarse mediante al menos uno de deposición química de vapor mejorada por plasma (PECVD), deposición de capa atómica (ALD), deposición química de vapor (CVD) y deposición física de vapor (PVD), o similares.
En S206, una primera capa de película de oxinitruro de silicio puede formarse en la superficie posterior de la capa semiconductora. En algunas realizaciones, la primera capa de película de oxinitruro de silicio puede disponerse en la superficie de la capa de óxido de silicio. En algunas realizaciones, la capa de óxido de silicio puede ser parte de la primera capa de película de oxinitruro de silicio.
En algunas realizaciones, la primera capa de película de oxinitruro de silicio incluye una película con un primer índice de refracción alto, y el primer índice de refracción oscila entre 1,62 y 1,71. En algunas realizaciones, la primera capa de película de oxinitruro de silicio se prepara mediante PECVD de acuerdo con unas primeras condiciones de preparación. Las primeras condiciones de preparación pueden incluir reactantes, al menos una tasa de flujo de los reactantes, una potencia para la preparación, una temperatura de deposición para la preparación o similar o cualquier combinación de las mismas. Específicamente, los reactantes pueden incluir silano, monóxido de dinitrógeno y amoniaco. La tasa de flujo del silano oscila entre 310 sccm y 380 sccm, la tasa de flujo del monóxido de dinitrógeno oscila entre 5000 sccm y 6000 sccm, la tasa de flujo del amoniaco oscila entre 1600 sccm y 2600 sccm. La temperatura de deposición oscila entre 480 °C y 510 °C. La potencia oscila entre 9000 W y 9500 W.
En algunas realizaciones, en las condiciones de preparación, un grosor de la primera capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 10 nm y 60 nm. El primer índice de refracción de la primera capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 1,62 y 1,68. En algunas realizaciones, el primer índice de refracción de la primera capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 1,64 y 1,67. En algunas realizaciones, un grosor preferido de la primera capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 30 nm y 40 nm.
En S207, puede formarse una segunda capa de película de oxinitruro de silicio en una superficie inferior de la primera capa de película de oxinitruro de silicio.
En algunas realizaciones, la segunda capa de película de oxinitruro de silicio puede incluir una película con un segundo índice de refracción bajo, y el segundo índice de refracción oscila entre 1,48 y 1,61. En algunas realizaciones, la segunda capa de película de oxinitruro de silicio se prepara mediante PECVD de acuerdo con unas segundas condiciones de preparación. Las segundas condiciones de preparación pueden incluir segundos reactantes, al menos una tasa de flujo de los segundos reactantes, una segunda potencia para la preparación, una segunda temperatura de deposición para la preparación o similar o cualquier combinación de las mismas. Específicamente, los segundos reactantes pueden incluir silano, monóxido de dinitrógeno y amoniaco. La tasa de flujo del silano oscila entre 280 sccm y 320 sccm, la tasa de flujo del monóxido de dinitrógeno oscila entre 6000 sccm y 7000 sccm y la tasa de flujo del amoniaco oscila entre 300 sccm y 800 sccm. La segunda temperatura de deposición oscila entre 480 °C y 510 °C. La segunda potencia oscila entre 9000 W y 9500 W.
Solamente para ilustración, en las condiciones de preparación, el espesor de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 20 nm y 60 nm. En algunas realizaciones, el segundo índice de refracción de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 1,54 y 1,58. En algunas realizaciones, el segundo índice de refracción de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 1,55 y 1,57. En algunas realizaciones, un grosor preferido de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio oscila entre 40 nm y 50 nm.
En S208, puede formarse una capa de película de nitruro de silicio en una superficie inferior de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio. La capa de película de nitruro de silicio puede considerarse como una capa más exterior de las capas de pasivación (por ejemplo, las capas de pasivación 2) en la superficie posterior de la capa semiconductora. En algunas realizaciones, la capa de película de nitruro de silicio incluye una película de nitruro de silicio, y el tercer índice de refracción de la película de nitruro de silicio oscila entre 2,08 y 2,11. En algunas realizaciones, la capa de película de nitruro de silicio incluye una pluralidad de películas de nitruro de silicio. Por ejemplo, la capa de película de nitruro de silicio puede incluir tres capas de película con un índice de refracción de gradiente variable. El tercer índice de refracción general de las películas de nitruro de silicio oscila entre 2,08 y 2,11. En algunas realizaciones, la capa de película de nitruro de silicio se prepara mediante PECVD de acuerdo con unas terceras condiciones de preparación. Las terceras condiciones de preparación pueden incluir terceros reactantes, al menos una tasa de flujo de los terceros reactantes, una tercera potencia para la preparación, una tercera temperatura de deposición para la preparación o similar o cualquier combinación de las mismas. Específicamente, los terceros reactantes pueden incluir silano y amoniaco. La tasa de flujo del silano oscila entre 800 sccm y 1420 sccm, y la tasa de flujo del amoniaco oscila entre 4000 sccm y 10000 sccm. La tercera temperatura de deposición oscila entre 480 °C y 510 °C. La tercera potencia oscila entre 8500 W y 9500 W.
Solamente para ilustración, en las condiciones de preparación, el espesor de la capa de película de nitruro de silicio oscila entre 60 nm y 180 nm. En algunas realizaciones, el tercer índice de refracción de la capa o capas de película de nitruro de silicio oscila entre 2,08 y 2,11. En algunas realizaciones, el tercer índice de refracción oscila entre 2,09 y 2,10. En algunas realizaciones, un grosor preferido de la capa de película de nitruro de silicio oscila entre 80 nm y 100 nm.
En S209, puede realizarse una metalización en una oblea de silicio después de procesarse en las operaciones S208. En el presente documento la oblea de silicio al menos incluye las capas de pasivación preparadas y la capa semiconductora. Durante S209, puede eliminarse al menos una porción de las capas de pasivación preparadas para formar una región de metalización, por ejemplo, a través de una técnica de ranurado por láser. Puede formarse al menos un electrodo usando una técnica de serigrafiado. Por ejemplo, pueden formarse los electrodos frontales y posteriores de la célula solar.
En algunas realizaciones, para la célula solar producida mediante el método ilustrado en la Figura 2, una suma de los grosores de la primera capa de película de oxinitruro de silicio y la segunda capa de película de oxinitruro de silicio es mayor de 60 nm, el espesor de la capa o capas de película de nitruro de silicio es mayor de 60 nm y una suma de los grosores de las capas de pasivación es mayor de 120 nm y mayor de 300 nm. El primer índice de refracción de la primera capa de película de oxinitruro de silicio es mayor que el segundo índice de refracción de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio y menor que el tercer índice de refracción de la capa de película de nitruro de silicio. En algunas realizaciones, una relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción oscila entre 1,03 y 1,21. En algunas realizaciones, una relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,79 y 0,87. En algunas realizaciones, una relación del segundo índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,72 y 0,77.
En comparación con una célula solar que no está pasivada mediante múltiples capas de oxinitruro de silicio y nitruro de silicio, en las células solares (tales como la célula PERC) divulgadas en el presente documento, la superficie posterior de la capa semiconductora se pasiva con oxinitruro de silicio y nitruro de silicio, mejorando de este modo de forma efectiva las características de pasivación posterior y mejorando enormemente los rendimientos de la célula solar en vida de portadores minoritarios, tensión de circuito abierto, corriente de cortocircuito, coeficientes de relleno y eficiencia de célula.
Solamente para ilustración, una primera célula solar que tiene pasivación con nitruro de silicio, una segunda célula solar que tiene pasivación con óxido de aluminio y óxido de silicio y una tercera célula solar que tiene pasivación con múltiples capas de oxinitruro de silicio y nitruro de silicio descritas en la presente divulgación se prueban en las mismas condiciones. Los datos de prueba se muestra en la Tabla 1. Puede observarse que la eficiencia de la tercera célula solar es mejor que o bien la primera célula solar o bien la segunda célula solar.
Tabla 1
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La relación entre los grosores e índices de refracción de las capas de película de oxinitruro de silicio/nitruro de silicio y la eficiencia de célula de la célula solar de la presente divulgación se describirá en detalles con referencia a ejemplos específicos.
La Figura 3 muestra datos relevantes ilustrativos relacionados con la célula solar.
Como se ilustra en la Figura 3, en algunas realizaciones, los grosores de las capas de película de oxinitruro de silicio (es decir, una suma de los grosores de la primera y segunda capas de película de oxinitruro de silicio) es mayor de 60 nm; el espesor de la capa de película de nitruro de silicio es mayor de 60 nm; y una suma de los grosores de las capas de película de oxinitruro de silicio y la capa de película de nitruro de silicio es mayor de 120 nm y mayor de 300 nm.
En algunas realizaciones, la relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción oscila entre 1,03 y 1,21. La relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,79 y 0,87. La relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,72 y 0,77.
Cuando los grosores y/o índices de refracción de las capas de pasivación satisfacen los rangos anteriores, puede mejorarse la eficiencia de célula.
En algunas realizaciones, la eficiencia de célula puede estar correlacionada con el grosor (d1) de la primera película de oxinitruro de silicio y el correspondiente primer índice de refracción (n1). En algunas realizaciones, la eficiencia de célula puede ser proporcional a (11,2 0,088 d1xn1-0,147xd1-6,7 xn1). Solamente para ilustración, la Figura 4 muestra un mapa de contorno para la eficiencia de célula, el grosor d1 y el índice de refracción n1 de la primera capa de película de oxinitruro de silicio de acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud. Como se muestra en la Figura 4, un eje horizontal indica el índice de refracción n1 y un eje vertical indica el grosor d1. Diferentes áreas de color indican diferentes eficiencias de célula, y las áreas de color se representan mediante los números de referencia 101-107, respectivamente. Los siete bloques de color de arriba a abajo corresponden a las áreas de color representadas mediante 101 a 107, respectivamente. Por ejemplo, el área de color representada mediante 101 indica que el rango de eficiencia de célula es mayor de -0,20. Como otro ejemplo, el área de color representada mediante 107 indica que el rango de eficiencia de célula es mayor de 0,05. Como se ilustra en la Figura 4, cuando n1 oscila entre 1,62 y 1,68 y d1 está en un rango preferido entre 30 nm y 40 nm, puede conseguirse una eficiencia de célula relativamente alta.
En algunas realizaciones, la eficiencia de célula puede estar correlacionada con el grosor (d2) y el segundo índice de refracción (n2) de la segunda película de oxinitruro de silicio. En algunas realizaciones, la eficiencia de célula puede ser proporcional a (2,65-0,00059xd2-1,73xn2). Solamente para ilustración, la Figura 5 muestra un mapa de contorno para la eficiencia de célula de la célula solar, el grosor d2 y el índice de refracción n2 de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio de acuerdo con algunas realizaciones de la presente divulgación. Como se muestra en la Figura 5, el eje horizontal indica el índice de refracción n2, y el eje vertical indica el grosor de película d2. Diferentes áreas de color representan diferentes eficiencias de célula, y las áreas de color se representan por números de referencia 101-107, respectivamente. Los siete bloques de color de arriba a abajo corresponden a las áreas de color representadas mediante 101 a 107, respectivamente. Por ejemplo, el área de color representada mediante 101 indica que el rango de eficiencia de célula es mayor de -0,20. Como otro ejemplo, el área de color representada mediante 107 indica que el rango de eficiencia de célula es mayor de 0,05. Como se ilustra en la Figura 5, cuando n2 oscila entre 1,54 y 1,58, y d2 está en un rango preferido entre 40 nm y 50 nm, puede conseguirse una eficiencia de célula relativamente alta.
Puede entenderse que, para formar las capas de pasivación de la célula solar, las capas de pasivación pueden diseñarse basándose en la relación entre los grosores y el índices de refracción de las capas de pasivación, para obtener una estructura de película con mejor rendimiento de pasivación para mejorar la eficiencia de célula. Además, en comparación con la célula solar que se pasiva con una capa de pasivación convencional que incluye AhO3, la película de pasivación diseñada sin AhO3 puede mejorar de forma efectiva las características de pasivación posterior de la célula solar. Por ejemplo, las capas de pasivación incluyen un gran número de átomos de hidrógeno, que pueden conseguir un buen efecto de pasivación. Además, la presencia de átomos de oxígeno también puede habilitar que el oxinitruro de silicio tenga una mejor calidad de interfaz en la superficie de silicio, que puede resolver la contradicción incompatible entre la fiabilidad y menores costes de fabricación de las células solares.
Debería observarse que la anterior descripción se proporciona solamente para los propósitos de ilustración, y no pretende limitar el alcance de la presente divulgación. Para los expertos en la materia, pueden hacerse múltiples variaciones y modificaciones en los contenidos de la presente divulgación. Sin embargo, esas variaciones y modificaciones no se alejan del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una célula solar, caracterizada porque comprende:
una capa semiconductora (1); y
una pluralidad de capas de pasivación (2) proporcionadas en una superficie posterior de la capa semiconductora (1),
en donde la pluralidad de capas de pasivación (2) incluyen:
una primera capa de película de oxinitruro de silicio (21) que tiene un primer índice de refracción;
una segunda capa de película de oxinitruro de silicio (22) que tiene un segundo índice de refracción y se proporciona en una superficie de la primera capa de película de oxinitruro de silicio (21); y
al menos una capa de película de nitruro de silicio (23) que tiene un tercer índice de refracción y se proporciona en una superficie de la segunda capa de película de oxinitruro de silicio (22),
en donde una suma de grosores de la primera capa de película de oxinitruro de silicio (21) y la segunda capa de película de oxinitruro de silicio (22) es mayor de 60 nm, un grosor de la al menos una capa de película de nitruro de silicio (23) es mayor de 60 nm, una suma de grosores de la pluralidad de capas de pasivación (2) es mayor de 120 nm y mayor de 300 nm, y el primer índice de refracción es mayor que el segundo índice de refracción y menor que el tercer índice de refracción.
2. La célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que una relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción oscila entre 1,03 y 1,21.
3. La célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que una relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,79 y 0,87.
4. La célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que una relación del segundo índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,72 y 0,77.
5. La célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el primer índice de refracción oscila entre 1,62 y 1,71.
6. La célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el segundo índice de refracción oscila entre 1,48 y 1,61.
7. La célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el tercer rango de índice de refracción oscila entre 2,08 y 2,11.
8. Un módulo fotovoltaico, caracterizado porque comprende: al menos una célula solar configurada para convertir energía luminosa recibida en energía eléctrica, siendo cada una de la al menos una célula solar la célula solar de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7.
9. Un método para fabricar una célula solar, caracterizado porque comprende:
depositar secuencialmente una primera capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un primer índice de refracción (S206), una segunda capa de película de oxinitruro de silicio que tiene un segundo índice de refracción (S207) y al menos una capa de película de nitruro de silicio que tiene un tercer índice de refracción (S208) en una superficie posterior de una capa semiconductora para formar capas de pasivación,
en donde una suma de grosores de la primera capa de película de oxinitruro de silicio y la segunda capa de película de oxinitruro de silicio es mayor de 60 nm, un grosor de la al menos una capa de película de nitruro de silicio es mayor de 60 nm, una suma de grosores de la pluralidad de capas de pasivación es mayor de 120 nm y menor de 300 nm, y el primer índice de refracción es mayor que el segundo índice de refracción y menor que el tercer índice de refracción.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la primera capa de película de oxinitruro de silicio se deposita usando reactantes que incluyen silano, monóxido de dinitrógeno y amoniaco, en donde una tasa de flujo del silano oscila entre 310 sccm y 380 sccm, una tasa de flujo del monóxido de dinitrógeno oscila entre 5000 sccm y 6000 sccm, una tasa de flujo del amoniaco oscila entre 1600 sccm y 2600 sccm, una temperatura de deposición oscila entre 480 °C y 510 °C, y una potencia oscila entre 9000 W y 9500 W.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la segunda capa de película de oxinitruro de silicio se deposita usando reactantes que incluyen silano, monóxido de dinitrógeno y amoniaco como, en donde una tasa de flujo del silano oscila entre 280 sccm y 320 sccm, una tasa de flujo del monóxido de dinitrógeno oscila entre 6000 sccm y 7000 sccm, una tasa de flujo del amoniaco oscila entre 300 sccm y 800 sccm, una temperatura de deposición oscila entre 480 °C y 510 °C, y una potencia oscila entre 9000 W y 9500 W.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la al menos una capa de película de nitruro de silicio se deposita usando reactantes que incluyen silano y amoniaco como reactantes, en donde una tasa de flujo del silano oscila entre 800 sccm y 1420 sccm, una tasa de flujo del amoniaco oscila entre 4000 sccm y 10000 sccm, una temperatura de deposición oscila entre 480 °C y 510 °C, y una potencia oscila entre 8500 W y 9500 W.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que una relación del primer índice de refracción al segundo índice de refracción oscila entre 1,03 y 1,21.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que una relación del primer índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,79 y 0,87.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que una relación del segundo índice de refracción al tercer índice de refracción oscila entre 0,72 y 0,77.
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