ES2939949T3 - Procedimiento de fabricación de células bifaciales - Google Patents

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Lev Kreinin
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Abstract

En el presente documento se describe un método para producir una célula fotovoltaica bifacial, comprendiendo el método: a) formar una capa que contiene dopante n sobre una primera superficie de un sustrato semiconductor; b) formar una capa que contiene boro sobre una segunda superficie del sustrato por pulverización catódica de boro y/o por implantación de iones de boro; yc) efectuar la difusión del dopante n y el boro en el sustrato, para dopar la primera superficie con el dopante n y la segunda superficie con el boro. Además, en el presente documento se describen células fotovoltaicas bifaciales, así como módulos fotovoltaicos, plantas de energía y dispositivos eléctricos que comprenden dichas células fotovoltaicas, que comprenden un sustrato semiconductor, una capa n+ en una primera superficie del mismo y una capa p+ que contiene boro en una segunda superficie del mismo. en el que la variabilidad de la concentración de boro en la capa p+ no es superior al 5%. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de fabricación de células bifaciales
Campo y antecedentes de la invención
La presente invención, en algunas realizaciones de la misma, se refiere a la fabricación de células bifaciales y, más particularmente, pero no exclusivamente, a un procedimiento de formación de estructuras celulares sobre un sustrato de silicio con dopaje de boro fino controlable y derivación de borde suprimida.
Existe una esperanza considerable de que la conversión de la luz solar en electricidad mediante células fotovoltaicas (FV) proporcione una fuente significativa de energía renovable en el futuro, permitiendo así reducir el uso de fuentes de energía no renovables, como los combustibles fósiles. Sin embargo, para satisfacer la demanda mundial de fuentes de energía renovables respetuosas con el medio ambiente, es preciso mejorar la rentabilidad de la generación de energía fotovoltaica. La capacidad limitada de generación de energía por unidad de superficie de célula solar frena el uso de células fotovoltaicas como fuente comercial de electricidad. La sustitución de las células monofaciales normales por células bifaciales permite aumentar significativamente (entre un 15 y un 40%) la generación de energía fotovoltaica por unidad de superficie.
Sin embargo, existe una fuerte demanda para seguir aumentando la densidad de generación de energía fotovoltaica. Esto puede lograrse mediante el aumento de las eficiencias de las células bifaciales, tanto delanteras como traseras, de conversión de la luz solar en electricidad. De hecho, las células fotovoltaicas deben ser baratas en la producción. Las células fotovoltaicas suelen comprender un sustrato de silicio de tipo p o de tipo n dopado en una de sus caras con un dopante n (por ejemplo, fósforo) para formar una capa n+, y dopado en la otra cara con un dopante p (por ejemplo, aluminio o boro) para formar una capa p+, formando así una estructura n+-p-p+ (cuando se utiliza un sustrato de tipo p) o una estructura n+-n-p+ (cuando se utiliza un sustrato de tipo n).
A continuación, se aplican contactos eléctricos a cada lado. Los contactos eléctricos deben cubrir sólo una pequeña fracción de la superficie para no impedir el paso de la luz. Los contactos eléctricos suelen aplicarse en patrón de cuadrícula para minimizar el recubrimiento de la superficie. Las células fotovoltaicas monofaciales suelen tener un patrón de cuadrícula de este tipo en un solo lado de la célula, mientras que las células fotovoltaicas bifaciales tienen un patrón de este tipo en ambos lados y, por tanto, pueden captar la luz desde cualquier dirección.
Se conocen diferentes procedimientos de aplicación de fuentes dopantes. Los procesos en fase gaseosa que utilizanPOCl3 para la deposición de fósforo yBCl3 obbp3 para la deposición de boro se utilizan habitualmente. La difusión del gas puede dar lugar fácilmente al dopaje de regiones inadecuadas, como el dopaje cruzado de dos tipos de dopantes en una misma zona. Pueden introducirse etapas adicionales que impliquen la deposición de capas protectoras y/o el decapado para eliminar el dopante de algunas regiones [Buck et al., "Industrial Screen Printed n-Type Silicon Solar Cell with Front Boron Emitter and Efficiencies Exceeding 17 %" Proceedings of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference 2006, p.1264-1267que complican la fabricación de la célula.
La línea de células bifaciales Geminus™ (Schmid Group) se ha preparado utilizando deposición química de vapor (CVD) para depositar la película que contiene dopante.
Hasta la fecha, los mejores resultados en la producción industrial de células bifaciales basadas en silicio tipo p se han obtenido utilizando una técnica “spin-on” (deposición y centrifugación) para depositar una fuente dopante [Patentes de EE.UU. Nos. 8.586.862 y 8.796.060].
Kreinin et al. ["Industrially Fabricated Bifacial Si Solar Cells with n+-p-p+ Structure" Proceedings of 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2013, p. 1835-1838] menciona que, para obtener células solares bifaciales de alta eficiencia, es deseable lograr una baja recombinación efectiva en la superficie posterior (que puede verse facilitada en una estructura n+'p-p+ por una capa p+ posterior), así como un elevado tiempo de vida útil del portador minoritario, y describe células bifaciales basadas en silicio tipo p que utilizan boro como dopante p y que tienen una recombinación efectiva en la superficie posterior de 55-95 cm/segundo, y una relación media de corriente de cortocircuito posterior a frontal de 0,75.
El boro es un dopante p bien conocido, y tiene la ventaja de ser suficientemente soluble en silicio, lo que permite una barrera p+-p más alta (en una estructura n+-p-p+) que es eficaz para reducir la recombinación en la superficie posterior [Kreinin et al., Proceedings of 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2013, p. 1835-1838]. Sin embargo, la difusión del boro está asociada a una degradación considerable de la vida útil del bulbo, lo que reduce la eficiencia de las células fotovoltaicas. Este obstáculo ha fomentado el uso generalizado del aluminio como dopante p, aunque el aluminio tiende a ser menos eficaz que el boro a la hora de reducir la recombinación en la superficie posterior. También se ha utilizado silicio tipo n (en una estructura n+-n-p+) para reducir la degradación asociada a la difusión del boro [Buck et al., Proceedings of 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference 2006, p.1264-1267]. Aunque el silicio de tipo n suele ser más resistente que el silicio de tipo p a los defectos introducidos por el procesamiento industrial, también es más caro.
Otro problema en la fabricación de células bifaciales es que el uso de diferentes tipos de dopantes (por ejemplo, aceptor de boro y donante de fósforo) puede dar lugar a dopaje cruzado en algunas regiones de la oblea, especialmente en los bordes, lo que puede dar lugar a derivaciones. Las técnicas para evitar la derivación de bordes incluyen el aislamiento de bordes por láser y el decapado de bordes, ambas destinadas a evitar el contacto entre las capas n+ y p+.
Patentes de EE.UU. Nos. 8.586.862 y 8.796.060 describen una etapa intermedia de eliminación de una película que comprende un dopante p de la cara frontal (es decir, la cara que va a ser dopada con n) y el borde del sustrato con el fin de reducir la derivación, por ejemplo, lavando la cara frontal con una solución de lavado (por ejemplo, alcohol y agua) utilizando un procedimiento de spin-on. Esta etapa también puede eliminar la película de una zona de 0,1 a 1 mm de anchura que bordea el borde del sustrato, de forma que la capa p+ obtenida de la célula fotovoltaica no cubra una zona que bordea un borde del sustrato.
Otros antecedentes incluyen Eisenberg et al. [Energy Procedia 2016, 92:16-23], publicaciones de solicitud de patente internacional WO2011/061693 y WO2011/061694, Patente rusa n° 2139601, Publicación de solicitud de patente estadounidense n.° 20110114152, Publicación de solicitud de patente estadounidense n.° 20080026550, Patente estadounidense n.° 6.825.104, Patente estadounidense n° 6.552.414, Patente estadounidense n° 6.277.667, Patente estadounidense n° 6.180.869, Patente estadounidense n° 5.871.591, Patente estadounidense n° 4.989.059, Patente alemana n° 102007036921 y Patente europea n° 1738402. EDLER A ET AL: "Bifacial n-Type Solar Cells with Selective Boron Emitter", 28TH EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE AND EXHIBITION, EU PVSEC, PARIS, FRANCE, 30 September 2013, páginas 967-970, se refiere al dopaje por láser a partir de capas de boro puro pulverizadas catódicamente. G. Grigorieva, M. Kagan, K. Zviagina, L. Kreinin, N. Bordin, N. Eisenberg: "Bifacial Si cells for space applications fabricated using combined ion implantation -thermal diffusion technology", BifiPV Workshop; 23rd and 24th April 2012; Konstanz, Germanyse refiere a células solares bifaciales con emisor dopado térmicamente y capa p+ posterior implantada.
Sumario de la invención
La presente invención se define en la reivindicación independiente 1. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones de la invención. La materia para la que se solicita protección se define en las reivindicaciones, otras realizaciones ilustran usos de ejemplos ejemplares para el experto y no forman parte de la invención.
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona un procedimiento de producción de una célula fotovoltaica bifacial, que comprende:
a) formar una capa que contiene dopante n sobre una primera superficie de un sustrato semiconductor; b) formar una capa que contenga boro en una segunda superficie del sustrato semiconductor mediante pulverización catódica de boro y/o mediante implantación de iones de boro; y
c) efectuar la difusión del dopante n y la difusión del boro en el sustrato semiconductor, para dotar así a la primera superficie del dopante n y a la segunda superficie del boro.
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona una célula fotovoltaica bifacial preparada según el procedimiento descrito en el presente documento.
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona una célula fotovoltaica bifacial que comprende un sustrato semiconductor, el sustrato que comprende una capa n+ en una primera superficie del mismo y una capa p+ en una segunda superficie del mismo, la capa n+ que comprende un dopante n y la capa p+ que comprende boro, en la que una variabilidad de la concentración de boro en la capa p+, determinada midiendo la resistencia de lámina de la capa p+, no es superior al 5 %.
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona un módulo fotovoltaico que comprende una pluralidad de una célula fotovoltaica descrita en el presente documento, estando la pluralidad de células fotovoltaicas interconectadas entre sí.
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona una central eléctrica que comprende un módulo fotovoltaico descrito en el presente documento.
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona un dispositivo eléctrico que comprende una célula fotovoltaica descrita en el presente documento.
Según algunas realizaciones de la invención, un espesor de la capa que contiene boro está en un intervalo de 1 a 35 nm.
Según algunas realizaciones de la invención, el boro de pulverización catódica se efectúa utilizando un objetivo de nitruro de boro.
Según algunas realizaciones de la invención, la implantación de iones de boro se caracteriza por una dosis en un intervalo de 1014 a 1016 iones implantados por cm2
Según algunas realizaciones de la invención, una variabilidad en una cantidad de boro en la capa que contiene boro no es superior a ± 5 %.
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además la formación de una capa de recubrimiento por encima de la capa que contiene boro antes de efectuar la difusión.
Según algunas realizaciones de la invención, la formación de la capa de recubrimiento se efectúa depositando una sustancia seleccionada del grupo que consiste en óxido de silicio, nitruro de silicio y oxinitruro de silicio.
Según algunas realizaciones de la invención, la formación de la capa de recubrimiento se efectúa por pulverización catódica por radiofrecuencia.
Según algunas realizaciones de la invención, el grosor de la capa de recubrimiento oscila entre 5 y 30 nm.
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además:
d) eliminar la capa dopada con n de la primera superficie mediante texturizado;
e) formar un revestimiento pasivante y/o antirreflectante en la segunda superficie; y
f) dopar posteriormente la primera superficie con un dopante n.
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además:
d) eliminar la capa dopada con n de la primera superficie texturizando y eliminando posteriormente la capa de recubrimiento;
e) formar un revestimiento pasivante y/o antirreflectante en la segunda superficie; y
f) dopar posteriormente la primera superficie con un dopante n.
Según algunas realizaciones de la invención, el dopaje posterior de la primera superficie con un dopante n forma una capa n+ caracterizada por una resistencia de lámina en un intervalo de 70-150 ohmios.
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además la formación de contactos eléctricos en cada una de la primera superficie y la segunda superficie.
Según algunas realizaciones de la invención, la capa que contiene boro tiene un espesor mayor en algunas regiones de la segunda superficie, comprendiendo el procedimiento la formación selectiva de contactos eléctricos en las mencionadas regiones de la segunda superficie.
Según algunas realizaciones de la invención, el sustrato semiconductor es un semiconductor de tipo p.
Según algunas realizaciones de la invención, el sustrato semiconductor comprende silicio.
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además la formación de una capa de SiB sobre la segunda superficie.
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además decapar la segunda superficie después de la etapa (a) y antes de la etapa (b).
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además formar un área en un borde de la segunda superficie, el área que tiene una anchura en un intervalo de 0,1-0,5 mm, que está sustancialmente desprovista de boro, enmascarando el área durante la etapa (b).
Según algunas realizaciones de la invención, el procedimiento comprende además formar un área en un borde de la segunda superficie, el área que tiene una anchura en un rango de 0,1-0,5 mm, que está sustancialmente desprovista de boro, decapando el área después de la etapa (b), opcionalmente antes de la etapa (c).
Según algunas realizaciones de la invención, el decapado de la zona mencionada se efectúa mediante decapado iónico reactivo.
Según algunas realizaciones de la invención, la difusión del dopante n y la difusión del boro se efectúan simultáneamente.
Según algunas realizaciones de la invención, la difusión simultánea del dopante n y del boro se efectúa mediante exposición a una temperatura en un intervalo de 950 °C a 1050 °C.
Según algunas realizaciones de la invención, la capa que contiene boro y las condiciones de difusión se seleccionan de tal manera que una concentración superficial de boro en la segunda superficie es inferior a 3^102° átomos/cm3 Según algunas realizaciones de la invención, la capa que contiene boro y las condiciones de difusión se seleccionan de tal manera que el dopaje de la segunda superficie con boro forma una capa p+ caracterizada por un espesor en un intervalo de 0,3 a 1,5 |jm.
Según algunas realizaciones de la invención, la capa que contiene boro y las condiciones de difusión se seleccionan de tal manera que el dopaje de la segunda superficie con boro forma una capa p+ caracterizada por una resistencia de lámina en un intervalo de 30 a 150 ohmios.
Según algunas realizaciones de la invención, el dopante n comprende fósforo.
Según algunas realizaciones de la invención, la primera superficie está texturizada.
Según algunas realizaciones de la invención, la célula fotovoltaica aquí descrita comprende además un revestimiento pasivante y/o antirreflectante sobre la segunda superficie.
Según algunas realizaciones de la invención, la capa n+ en una célula descrita en el presente documento se caracteriza por una resistencia de lámina en un rango de 70 a 150 ohmios.
Según algunas realizaciones de la invención, la célula fotovoltaica descrita en el presente documento comprende además contactos eléctricos en cada una de la primera superficie y la segunda superficie, en los que una concentración de boro en la capa p+ es mayor en las regiones subyacentes a los contactos eléctricos en la segunda superficie.
Según algunas realizaciones de la invención, la célula fotovoltaica comprende además una capa de SiB en la segunda superficie.
Según algunas realizaciones de la invención, una concentración superficial de boro en la segunda superficie de la célula es inferior a 1020 átomos/cm3.
Según algunas realizaciones de la invención, la segunda superficie de la célula comprende de 1014 a 1016 átomos de boro por cm2.
Según algunas realizaciones de la invención, la capa p+ de la célula se caracteriza por una resistencia de lámina en un intervalo de 30 a 150 ohmios.
Según algunas realizaciones de la invención, la capa p+ de la célula no cubre una zona que bordea un borde del sustrato, zona que tiene una anchura comprendida entre 0,1-0,5 mm.
Según algunas realizaciones de la invención, una recombinación efectiva de la superficie posterior de la célula fotovoltaica es inferior a 50 cm/segundo.
Según algunas realizaciones de la invención, la célula fotovoltaica se caracteriza por una eficiencia del lado frontal de al menos el 19 %.
Según algunas realizaciones de la invención, una relación entre la corriente de cortocircuito del lado posterior y la corriente de cortocircuito del lado frontal de la célula fotovoltaica es de al menos 0,8.
A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y/o científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que comúnmente entiende una persona con conocimientos ordinarios en la técnica a la que pertenece la invención. Aunque pueden utilizarse procedimientos y materiales similares o equivalentes a los aquí descritos en la práctica o ensayo de las realizaciones de la invención, a continuación se describen procedimientos y/o materiales ejemplares. En caso de conflicto, prevalecerá la memoria descriptiva de la patente, incluidas las definiciones. Además, los materiales, procedimientos y ejemplos son meramente ilustrativos y no pretenden ser necesariamente limitativos.
La implementación del procedimiento de las realizaciones de la invención puede implicar realizar o completar tareas seleccionadas manualmente, automáticamente, o una combinación de las mismas. Además, según la instrumentación y el equipo reales de las realizaciones del procedimiento de la invención, varias tareas seleccionadas podrían implementarse por hardware, por software o por firmware o por una combinación de los mismos utilizando un sistema operativo.
Por ejemplo, el hardware para realizar tareas seleccionadas según las realizaciones de la invención podría implementarse como un chip o un circuito. Como software, las tareas seleccionadas según las realizaciones de la invención podrían implementarse como una pluralidad de instrucciones de software ejecutadas por un ordenador que utilice cualquier sistema operativo adecuado. En algunas realizaciones de la invención, una o más tareas según algunas realizaciones de procedimiento como se describe aquí son realizadas por un procesador de datos, tal como una plataforma informática para ejecutar una pluralidad de instrucciones. Opcionalmente, el procesador de datos incluye una memoria volátil para almacenar instrucciones y/o datos y/o un almacenamiento no volátil, por ejemplo, un disco duro magnético y/o un medio extraíble, para almacenar instrucciones y/o datos. Opcionalmente, también se proporciona una conexión de red. Opcionalmente, también se proporciona una pantalla y/o un dispositivo de entrada del usuario, como un teclado o un ratón.
Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos
Algunas realizaciones de la invención se describen en el presente documento, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos adjuntos. Con referencia específica ahora a los dibujos en detalle, se subraya que los detalles mostrados son a modo de ejemplo y con fines de discusión ilustrativa de las realizaciones de la invención. A este respecto, la descripción tomada con los dibujos hace evidente a los expertos en la materia cómo pueden practicarse las realizaciones de la invención.
En los dibujos:
La FIG. 1 es un gráfico que muestra la uniformidad del espesor (espesor normalizado al espesor medio) de las capas de nitruro de boro depositadas sobre un sustrato cuadrado de silicio por pulverización catódica a potencias de descarga de 1,2 o 4 kW, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención, en función de la distancia desde el centro de la superficie del sustrato.
La FIG. 2 es un gráfico que muestra la resistencia de lámina de una capa p+ dopada con boro en función del espesor de una capa que contiene boro (BOxNy) depositada por pulverización catódica a un caudal de oxígeno de 10 o 20 cm3/minuto (potencia de descarga 4 kW) y utilizada para preparar la capa p+tras el recubrimiento con una capa de 10 nm de SiN y la posterior difusión térmica, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
La FIG. 3 es un gráfico que muestra la concentración de boro (en átomos/cm3) en función de la distancia desde la superficie de un sustrato de silicio representativo dopado por spin-on de una fuente de boro seguida de difusión térmica (determinada por espectrometría de masas de iones secundarios).
La FIG. 4 es un gráfico que muestra la concentración de boro (en átomos/cm3) en función de la distancia desde la superficie de un sustrato de silicio ejemplar dopado mediante pulverización catódica por radiofrecuencia de boro seguida de difusión térmica de acuerdo con algunas realizaciones de la invención (según se determina por espectrometría de masas de iones secundarios).
La FIG. 5 es un gráfico que muestra la concentración de boro (en átomos/cm3) en capas p+ dopadas con boro que tienen una resistencia de lámina de 34, 74 o 390 ohmios por cuadrado (Q/sq.), en función de la distancia desde la superficie de sustratos de silicio ejemplares dopados utilizando pulverización catódica por radiofrecuencia de boro seguida de difusión térmica de acuerdo con algunas realizaciones de la invención (según se determina mediante perfilado electroquímico de capacitancia-voltaje (ECV) o mediante espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)).
Descripción detallada de las realizaciones de la invención
La presente invención, en algunas realizaciones de la misma, se refiere a la fabricación de células bifaciales y, más particularmente, pero no exclusivamente, a un procedimiento de formación de estructuras celulares sobre un sustrato de silicio con dopaje de boro fino controlable y derivación de borde suprimida.
Antes de explicar al menos una realización de la invención en detalle, debe entenderse que la invención no está necesariamente limitada en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes y/o procedimientos expuestos en la siguiente descripción y/o ilustrados y/o los Ejemplos. La invención es susceptible de otras realizaciones o de ser practicada o llevada a cabo de diversas maneras.
Los presentes inventores han reconocido que la limitada controlabilidad de procesos tales como las técnicas de spinon para depositar fuentes de dopaje tiende a conducir a un exceso de dopaje de la capa dopada, especialmente de la capa p+ dopada con boro, y en consecuencia resulta en un aumento de las pérdidas por recombinación. Los presentes inventores han reconocido además que este aumento de las pérdidas por recombinación debido al exceso de dopaje desempeña un papel considerable en la limitación de la relación entre la corriente de cortocircuito trasera y delantera en las células bifaciales a aproximadamente el valor medio de 0,75 indicado por Kreinin et al.
[Proceedings of 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2013, p. 1835-1838], así como la eficiencia frontal a alrededor del 20-20,5 %. Las pérdidas por recombinación a granel asociadas al exceso de dopaje pueden dominar las pérdidas totales por recombinación, lo que hace que las técnicas para reducir las pérdidas por recombinación superficial, como la pasivación superficial, sean relativamente ineficaces.
En una búsqueda de metodologías alternativas para depositar una capa p+ de boro, los presentes inventores han comprobado que el dopaje p de una célula fotovoltaica mediante el uso de una capa que contiene boro pulverizado catódicamente, y/o mediante la implantación de iones de boro, con tratamiento térmico posterior, permite ventajosamente la formación de dopaje de boro en concentraciones que son a la vez relativamente bajas, controlables y uniformes, y por lo tanto reduce los efectos perjudiciales asociados con mayores concentraciones de boro, así como las ineficiencias asociadas con concentraciones variables de dopante (por ejemplo, generación de corriente parásita), conservando al mismo tiempo las ventajas del uso del boro como dopante p (como la alta solubilidad del boro en el silicio, en comparación, por ejemplo, con el aluminio aleado ampliamente utilizado). Al reducir las pérdidas por recombinación a granel (que aumentan con el exceso de dopaje), la metodología dio lugar a que la superficie desempeñara un papel más importante en las pérdidas totales por recombinación, lo que a su vez permite que técnicas como la pasivación superficial tengan una mayor eficacia para reducir las pérdidas totales por recombinación y mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas. Además, la metodología de dopaje comprobada por los inventores puede minimizar el dopaje cruzado y la derivación de bordes, no requiere procedimientos complejos ni costes elevados, y permite además regular con precisión el perfil de profundidad del boro y reducir las pérdidas por recombinación mediante la pasivación superficial (que suprime la recombinación superficial, que es un factor más importante a bajas concentraciones de dopante).
Los presentes inventores han comprobado además que una capa de recubrimiento (por ejemplo, formada de óxido de silicio, nitruro de silicio, oxinitruro de silicio y/u otra sustancia inerte) depositada sobre una capa que contiene boro mejora aún más la capacidad de control del dopaje.
Sin estar obligado por ninguna teoría en particular, se cree que la capa de recubrimiento mejora la estabilidad de la capa que contiene boro (que puede ser químicamente inestable) evitando reacciones con oxígeno, agua y/u otros componentes atmosféricos. Se cree además que la capa de recubrimiento reduce la difusión hacia el exterior del boro y la difusión cruzada indeseable del fósforo sobre la superficie, así como cerca de los bordes de la oblea, y/o protege la capa p+ contra el decapado durante el decapado/texturizado de la cara opuesta.
Por lo tanto, las realizaciones de la presente invención se refieren a un procedimiento novedoso de producir una célula fotovoltaica bifacial, que utiliza pulverización catódica y/o implantación iónica para formar una capa que contiene boro en una superficie del sustrato semiconductor que forma la célula. Algunas realizaciones de la presente invención se refieren además a la formación de una capa de recubrimiento por encima de la capa que contiene boro. Las realizaciones de la presente invención se refieren además a una célula fotovoltaica bifacial producida por un procedimiento como el descrito en el presente documento. La célula fotovoltaica bifacial se caracteriza por una capa n+ en una primera superficie de la misma, una capa p+ que contiene boro en una segunda superficie de la misma, con un bajo grado de variabilidad en la concentración de boro en la capa p+ (por ejemplo, no más del 5 %, como se ejemplifica en el presente documento).
El procedimiento:
Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona un procedimiento de producción de una célula fotovoltaica bifacial, que comprende:
a) formar una capa que contiene dopante n sobre una primera superficie de un sustrato semiconductor; b) formar una capa que contenga boro en una segunda superficie del sustrato semiconductor mediante pulverización catódica de una sustancia que contenga boro y/o mediante implantación de iones de boro; y c) efectuar la difusión de dicho dopante n y la difusión de dicho boro en el sustrato semiconductor, para así dopar dicha primera superficie con dicho dopante n (por ejemplo, para formar una capa n+) y dopar dicha segunda superficie con dicho boro (por ejemplo, para formar una capa p+).
La formación de una capa que contenga dopante n (etapa (a)) puede efectuarse opcionalmente antes, concomitantemente y/o posteriormente a la formación de una capa que contenga boro (etapa (b)).
En el presente documento, las frases "capa que contiene dopante n" y "capa que contiene boro" abarcan tanto capas que no forman parte del sustrato (por ejemplo, capas de una sustancia depositada sobre una superficie del sustrato) como capas del sustrato que contienen boro o dopante n, por ejemplo, capas formadas por implantación iónica de boro o dopante n en el sustrato.
Por el contrario, la expresión "capa dopada con n" se refiere en el presente documento a una porción del sustrato semiconductor que ha sido dopada con un dopante n (por ejemplo, por difusión de un dopante n desde una capa que contiene dopante n hacia el sustrato), y la expresión "capa dopada con boro" se refiere en el presente documento a una porción del sustrato semiconductor que ha sido dopada con boro.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas en el presente documento, la capa que contiene dopante n es una capa que contiene fósforo.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa que contiene dopante n se forma mediante cualquier técnica adecuada conocida en la técnica para formar dicha capa, incluyendo, sin limitación, pulverización catódica (por ejemplo, pulverización catódica por haz de iones, pulverización catódica por radiofrecuencia (RF), deposición en fase gaseosa, deposición química en fase vapor (CVD), aplicación de una solución que contiene dopante n (por ejemplo, una solución de fosfosilicato) o serigrafía (por ejemplo, de una pasta que contiene dopante n). En algunas realizaciones, la capa que contiene dopante n es una capa sólida.
SiP y P2O7Si son ejemplos no limitativos de objetivos para pulverización catódica adecuados para depositar una capa que contenga fósforo mediante pulverización catódica por haz de iones.
El POCla es un ejemplo no limitativo de un compuesto adecuado para depositar una capa que contiene fósforo por deposición en fase gaseosa, opcionalmente a una temperatura en un intervalo de aproximadamente 850 a aproximadamente 950 °C.
Spin-on y pulverización son ejemplos no limitativos de técnicas adecuadas para aplicar una solución de fosfosilicato. En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas en el presente documento, el procedimiento comprende además eliminar la capa dopada con n (por ejemplo, una capa n+) de la primera superficie (también denominada en el presente documento "primera capa dopada con n" o "primera capa n+"), opcionalmente mediante decapado (por ejemplo, texturizando la primera superficie), y posteriormente dopar la primera superficie con un dopante n, formando así una segunda capa dopada con n (por ejemplo, una segunda capa n+). En algunas realizaciones, el dopante n (si está presente) también se elimina de la segunda superficie mediante un proceso (p. ej., decapado) que elimina (p. ej., decapa) las partes dopadas con n del sustrato (p. ej., silicio dopado con n) de forma más eficaz que las partes dopadas con boro del sustrato (p. ej., silicio dopado con boro), p. ej., en cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento en las que la deposición de dopante n en la segunda superficie no se evita mediante una capa de recubrimiento.
En algunas realizaciones, la eliminación de la capa dopada con n (p. ej., una capa n+) en la primera superficie se efectúa de modo que se elimine concomitantemente cualquier capa dopada con n (p. ej., islas dopadas con n) presente en otro lugar (p. ej., en una región dopada con boro).
En algunas realizaciones, el decapado (por ejemplo, de una capa dopada con n) se efectúa mediante una solución alcalina (por ejemplo, una solución que comprende hidróxido de sodio).
La segunda capa dopada con n puede formarse opcionalmente mediante cualquier técnica adecuada conocida en la técnica para n-dopado (p. ej., cualquier técnica de n-dopado descrita en el presente documento), incluyendo, sin limitación, difusión en fase gaseosa, implantación iónica y/o uso de una capa que contenga dopante n (p. ej., según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento).
En el presente documento, en las realizaciones en las que se forman una primera capa dopada con n y una segunda capa dopada con n, las frases "capa dopada con n" y "capa n+" se refieren a la primera capa dopada con n, a menos que se indique lo contrario.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una segunda capa n+ preparada de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento, o una primera capa n+ preparada de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento que no incluyen la preparación de una segunda capa n+, se caracteriza por una resistencia de lámina en un intervalo de 70 a 150 ohmios.
Tal como se utiliza en el presente documento y en la técnica, el término "ohmios" en el contexto de una resistencia de lámina es intercambiable con los términos "ohmios por cuadrado" y "ohmios/^", una unidad aceptada de resistencia de lámina que se utiliza en la técnica para diferenciar las unidades de resistencia de lámina de las unidades de resistencia a granel (aunque las unidades de ohmios y las unidades de ohmios por cuadrado son dimensionalmente iguales).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una segunda capa n+ preparada según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento tiene una resistencia de lámina mayor que la primera capa n+ .
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una primera capa n+ que se retira según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento se caracteriza por una resistencia de lámina inferior a 70 ohmios, opcionalmente inferior a 40 ohmios, por ejemplo, en un intervalo de 8 a 25 ohmios.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, el procedimiento comprende además la formación de un revestimiento pasivante y/o antirreflectante sobre la segunda superficie. En algunas de estas realizaciones, la formación de un revestimiento pasivante y/o antirreflectante en la segunda superficie se efectúa antes, concomitantemente y/o posteriormente a la formación de la eliminación de una primera capa dopada con n según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento, por ejemplo, de manera que el procedimiento comprende además:
d) eliminar la capa dopada con n de la primera superficie mediante texturizado (según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas);
e) formar un revestimiento pasivante y/o antirreflectante en la segunda superficie (según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento); y
f) posteriormente a la etapa d), dopar la primera superficie con un dopante n (según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento,
en la que la formación de un revestimiento pasivante y/o antirreflectante (etapa (e)) puede efectuarse en cualquier fase, por ejemplo, antes de la etapa (d), entre la etapa (d) y la etapa (f) y después de la etapa (f).
En algunas realizaciones, el dopaje de la primera superficie con un dopante n para formar una segunda capa n+ (p. ej., etapa (f)) según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento se efectúa posteriormente a la formación del revestimiento pasivante y/o antirreflectante sobre la segunda superficie (p. ej., etapa (e)). En algunas de estas realizaciones, la formación del revestimiento pasivante y/o antirreflectante (por ejemplo, la etapa e)) se efectúa posteriormente a la eliminación de una primera capa dopada con n (por ejemplo, la etapa d)) de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento, por ejemplo, para no interferir con la eliminación de la primera capa dopada con n.
En el presente documento, un "revestimiento pasivante y/o antirreflectante" se refiere a uno o más revestimientos dieléctricos, cada uno de los cuales tiene un efecto pasivante y/o un efecto antirreflectante.
La formación de un revestimiento pasivante según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento puede comprender opcionalmente (y consistir opcionalmente en) la formación de una capa de SiB según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento.
Ejemplos adicionales de un revestimiento pasivante según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas incluyen, sin limitación, capas de óxido de aluminio (por ejemplo, AhOa) y/u óxido de silicio.
Opcionalmente, puede depositarse un revestimiento pasivante y/o antirreflectante (por ejemplo, un revestimiento de óxido de aluminio, óxido de silicio, nitruro de silicio y/o oxinitruro de silicio) (por ejemplo, mediante pulverización catódica y/o deposición química de vapor) y/o formarse mediante una reacción en la superficie del sustrato, por ejemplo, mediante oxidación química y/o térmica del silicio en el sustrato para formar óxido de silicio y/o difusión de boro en el silicio para formar SiB (por ejemplo, como se describe en el presente documento). El revestimiento pasivante y/o antirreflectante puede tener cualquier espesor adecuado (por ejemplo, según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento).
Los términos "nitruro de silicio" y "SiN", que aquí se utilizan indistintamente, se refieren en el presente documento a una familia de sustancias compuestas sustancialmente de silicio y nitrógeno, con diversas estequiometrías de Si y N (por ejemplo, SiaN4), aunque algunas cantidades de átomos adicionales (por ejemplo, hidrógeno) pueden estar presentes como impurezas.
El término "oxinitruro de silicio" se refiere a SiNxOy, donde cada uno de x e y es un número positivo de hasta 2 (por ejemplo, entre 0,1 y 2), y x e y están de acuerdo con los requisitos de valencia de Si, N y O. Algunas cantidades de átomos adicionales (por ejemplo, hidrógeno) pueden estar presentes como impurezas.
En algunas realizaciones según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento, el revestimiento pasivante y/o antirreflectante se forma de tal manera que un borde del revestimiento pasivante y/o antirreflectante corresponde a un borde deseado de una segunda capa dopada con n formada posteriormente (según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento). El recubrimiento pasivante y/o antirreflectante puede determinar opcionalmente el borde de una segunda capa dopada con n impidiendo el dopado con n a través del borde (es decir, en una región cubierta por el recubrimiento pasivante y/o antirreflectante), por ejemplo, facilitando la separación (es decir, reduciendo el solapamiento) de una capa dopada con n y una capa dopada con boro, lo que puede mejorar la resistencia de derivación.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la formación del revestimiento pasivante y/o antirreflectante se efectúa de tal manera que el revestimiento pasivante y/o antirreflectante cubre un borde del sustrato (es decir, una superficie entre la primera superficie y la segunda superficie, que es opcionalmente perpendicular a cada una de la primera superficie y la segunda superficie), y opcionalmente cubre todos los bordes del sustrato. En algunas de estas realizaciones, el revestimiento pasivante y/o antirreflectante impide la formación de una segunda capa dopada con n (según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento) en un borde del sustrato.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas aquí, la difusión del dopante n y la difusión del boro se efectúan simultáneamente. En algunas realizaciones, la difusión simultánea de dopante n y boro se efectúa por calentamiento, opcionalmente por exposición a una temperatura en un rango de 950 °C a 1050 °C.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la capa que contiene boro (por ejemplo, el espesor, la concentración de boro y la composición de la capa) y las condiciones de difusión (por ejemplo, la temperatura y/o el tiempo de difusión) se seleccionan de tal manera que una concentración de boro en dicha segunda superficie es inferior a 1021 átomos/cm3, opcionalmente inferior a 3^1°2° átomos/cm3, opcionalmente inferior a 102° átomos/cm3, opcionalmente inferior a 3^102° átomos/cm3 y opcionalmente inferior a 1019 átomos/cm3.
En el presente documento, una concentración en una superficie de un sustrato, en unidades de cantidad (por ejemplo, átomos) por volumen (por ejemplo, unidades cm3) se refiere a una concentración máxima en una capa dopada del sustrato (por ejemplo, una concentración máxima a cualquier profundidad hasta una profundidad de aproximadamente 1 |jm).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa que contiene boro (por ejemplo, el espesor, la concentración de boro, y la composición de la capa) y las condiciones de difusión (por ejemplo, temperatura y/o tiempo de difusión) se seleccionan de tal manera que el dopaje de la segunda superficie con boro forma una capa p+ caracterizada por una resistencia de lámina de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento, por ejemplo, en un intervalo de 15 a 30° ohmios, de 3° a 30° ohmios, de 3° a 20° ohmios y/o de 3° a 15° ohmios.
El experto será capaz de modular las condiciones (p. ej., temperatura y/o duración del tratamiento térmico, y/o cantidad de dopante en una capa que contiene dopante) para obtener una cantidad deseada (p. ej., concentración) de dopante (p. ej., boro) y/o resistencia de lámina (que se ve afectada por la cantidad de dopante) en una superficie del sustrato, según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el procedimiento comprende además formar una capa de SiB en la segunda superficie, por ejemplo, por difusión de boro en un sustrato que contiene silicio según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento. En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento en las que se forma una capa que contiene dopante n antes de una capa que contiene boro, el procedimiento comprende además decapar la segunda superficie después de la formación de la capa que contiene dopante n (por ejemplo, etapa (a) descrito en el presente documento) y antes de la formación de la capa que contiene boro (por ejemplo, etapa (b) descrito en el presente documento). En algunas realizaciones, dicho decapado se lleva a cabo con el fin de eliminar cualquier capa que contenga dopante n presente en la segunda superficie.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento en las que se forma una capa que contiene boro antes de una capa que contiene dopante n, el procedimiento comprende además decapar la primera superficie después de la formación de la capa que contiene boro (por ejemplo, la etapa (b) descrita en el presente documento) y antes de la formación de la capa que contiene dopante n (por ejemplo, la etapa (a) descrita en el presente documento). En algunas realizaciones, dicho decapado se lleva a cabo para eliminar cualquier capa que contenga boro presente en la primera superficie. En algunas de dichas realizaciones, el procedimiento comprende además la formación de una capa de recubrimiento (de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento) por encima de la capa que contiene boro en la segunda superficie, por ejemplo, una capa de recubrimiento seleccionada para proteger la capa que contiene boro en la segunda superficie durante el decapado de la primera superficie.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el procedimiento comprende además la formación de un área en un borde (es decir, adyacente al borde) de la segunda superficie que está sustancialmente desprovista de boro, teniendo el área una anchura en un intervalo de °,1-°,5 mm.
En algunas realizaciones, la capa que contiene boro no alcanza ningún borde de la segunda superficie.
El área mencionada en un borde de la superficie puede obtenerse opcionalmente enmascarando el área cuando se forma una capa que contiene boro (enmascarando el área de boro durante la pulverización catódica o la implantación iónica) y/o decapando el área después de formar la capa que contiene boro (por ejemplo, para eliminar el área que contiene boro del área).
En algunas realizaciones, el decapado de la zona del borde se efectúa mediante decapado iónico reactivo. El decapado puede efectuarse opcionalmente utilizando una máscara configurada para decapar sólo un área estrecha (por ejemplo, de °,1 a °,5 mm de ancho) de la segunda superficie.
En algunas realizaciones, el decapado de la zona en el borde se efectúa antes de efectuar la difusión de boro (por ejemplo, la etapa (c) como se describe en el presente documento), por ejemplo, para evitar cualquier efecto a largo plazo de la capa que contiene boro que está presente incluso temporalmente en el borde de la superficie antes del decapado.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el procedimiento comprende además efectuar un tratamiento de pasivación superficial (por ejemplo, un tratamiento de pasivación superficial adecuado conocido en la técnica). En algunas realizaciones, el tratamiento de pasivación de la superficie
1°
se efectúa por contacto con un agente adecuado (por ejemplo, en solución). La quinhidrona (por ejemplo, en una solución al 3 %) es un agente ejemplar adecuado para efectuar la pasivación.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, el procedimiento comprende además la formación de contactos eléctricos en cada una de la primera superficie y la segunda superficie. Los contactos eléctricos pueden formarse según procedimientos bien conocidos en la técnica.
Para permitir que la luz llegue al sustrato de una célula fotovoltaica bifacial, los contactos de ambas superficies están preferiblemente configurados para permitir que la mayor parte de la luz pase a través del sustrato, permitiendo así que la célula fotovoltaica produzca electricidad a partir de la iluminación de cualquiera de los lados de la célula. Por ejemplo, los contactos pueden configurarse opcionalmente en un patrón de cuadrícula.
En algunas realizaciones, los contactos se forman selectivamente (opcionalmente utilizando una máscara) en regiones de la segunda superficie que tienen una mayor concentración de boro que el resto de la segunda superficie. En algunas realizaciones, dichas regiones se forman utilizando una capa que contiene boro que tiene un mayor espesor y/o concentración en dichas regiones (de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento).
Formación de capas que contienen boro:
Según las presentes realizaciones, la formación de la capa que contiene boro se efectúa por pulverización catódica de boro y/o por implantación iónica de boro, como se describe con más detalle a continuación.
En el presente documento (con respecto a cualquiera de las realizaciones aquí descritas) y en la técnica, el término "pulverización catódica" se refiere a un proceso por el que se expulsan partículas de un material objetivo (p. ej., un material sólido) debido al bombardeo del objetivo por partículas energéticas (p. ej., iones). Como es conocido en la técnica, al menos una parte del material expulsado puede depositarse sobre una superficie (por ejemplo, una superficie de un sustrato en las proximidades del objetivo) para formar una capa.
En el presente documento (con respecto a cualquiera de las realizaciones aquí descritas) y en la técnica, "pulverización catódica por radiofrecuencia" se refiere a la pulverización catódica por la que un objetivo de pulverización catódica puede someterse opcionalmente a partículas de plasma cargadas, tales como gas ionizado (opcionalmente utilizando fuertes campos eléctricos y/o magnéticos para dirigir las partículas de plasma en la ubicación general del objetivo), con una tensión alterna (por ejemplo, alterna a una radiofrecuencia, tal como 13,56 MHz) que acelera las partículas de plasma.
En el presente documento (con respecto a cualquiera de las realizaciones aquí descritas) y en la técnica, "pulverización catódica por haz de iones" se refiere a la pulverización catódica por la que un haz de iones se dirige hacia un objetivo de pulverización catódica (para bombardear así el objetivo), y los iones acelerados en el haz de iones se neutralizan (por una fuente de electrones) de tal manera que el objetivo es bombardeado por partículas cargadas neutralmente.
En el presente documento, las frases "boro para pulverización catódica", " pulverización catódica de boro" y similares se refieren a la pulverización catódica en la que las partículas expulsadas en la pulverización catódica comprenden boro.
En todo el presente documento (con respecto a cualquiera de las realizaciones descritas en el mismo) y en la técnica, el término "implantación iónica" se refiere a un proceso en el que iones (por ejemplo, iones de boro) son acelerados por un campo eléctrico e impactados en un material sólido (por ejemplo, en un sustrato descrito en el presente documento, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas). Cuando la velocidad de los iones es suficientemente alta, éstos pueden incrustarse en el material impactado, por ejemplo, modificando una estructura cristalina del material sólido impactado.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas relativas al boro por pulverización catódica, una capa sólida que contiene boro se deposita sobre la segunda superficie por pulverización catódica. Opcionalmente, puede utilizarse cualquier técnica adecuada conocida en la técnica para pulverización catódica de boro (por ejemplo, mediante pulverización catódica de un material que contenga boro) sobre una superficie.
El nitruro de boro es un ejemplo no limitativo de objetivo adecuado (que contiene boro) para la pulverización catódica de boro.
Los iones utilizados para la pulverización catódica (por ejemplo, boro para pulverización catódica) pueden ser opcionalmente inertes (por ejemplo, N, Ar) y/o activos (por ejemplo, O). En algunas realizaciones, se incorpora un ion activo (por ejemplo, O) a la capa que contiene boro (por ejemplo, para formar oxinitruro de boro a partir de un objetivo de nitruro de boro).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas relativas al boro para pulverización catódica, un espesor de la capa que contiene boro está en un intervalo de 1 a 35 nm (opcionalmente de 2 a 35 nm). En algunas de estas realizaciones, el espesor de la capa depositada es del orden de 1 a 20 nm (opcionalmente de 2 a 20 nm). En algunas de estas realizaciones, el espesor de la capa depositada es del orden de 1 a 10 nm (opcionalmente de 2 a 10 nm).
El espesor de una capa que contiene boro según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento puede controlarse opcionalmente, por ejemplo, sometiendo el sustrato a pulverización catódica de boro durante un tiempo adecuado y/o bombardeando el objetivo de pulverización catódica con un flujo adecuado de partículas energéticas.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento relativas a la pulverización catódica de boro, se selecciona un espesor de la capa que contiene boro tal que la capa que contiene boro contiene una cantidad de boro (por área de superficie) que es adecuada para proporcionar una concentración deseada de boro en una capa p+ (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento) después de efectuar la difusión de boro (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento).
Para cualquier composición dada de la capa que contiene boro (que puede controlarse, por ejemplo, seleccionando un objetivo adecuado para pulverización catódica), puede seleccionarse fácilmente un espesor (de la capa que contiene boro) que proporcione una concentración de boro deseada.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento relativas a la pulverización catódica de boro, se selecciona un espesor de la capa que contiene boro tal que la capa que contiene boro contiene una cantidad de boro (por área de superficie) que es adecuada para proporcionar una capa de SiB (por ejemplo, una capa pasivante) además de una concentración deseada de boro en una capa p+ (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento), después de efectuar la difusión de boro (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento). El suministro de la cantidad adicional de boro en la capa que contiene boro para proporcionar la capa de SiB (además del boro en la capa p+) puede efectuarse opcionalmente depositando una capa que contiene boro con un espesor adicional (opcionalmente no más de 15 nm, y opcionalmente no más de 5 nm). En algunas realizaciones, el grosor de la capa depositada oscila entre 1,5 y 15 nm.
En el presente documento, el término "SiB" se refiere a una combinación de átomos de silicio y boro, en la que una concentración de los átomos de boro supera la solubilidad de los átomos de boro en a temperatura de difusión (hasta unos 1100 °C), por ejemplo, por encima de unos 5^102° átomos/cm3. El término "SiB" no pretende implicar una estequiometría 1:1 de Si a B.
El SiB puede identificarse opcionalmente como una sustancia en la que una concentración absoluta de átomos de boro (p. ej., determinada por espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)) es significativamente mayor que una concentración de átomos de boro eléctricamente activos (es decir, disueltos) (p. ej., determinada por perfil electroquímico de capacitancia-voltaje (ECV)).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento relativas a la implantación de iones de boro, una capa sólida que contiene boro es una porción del sustrato semiconductor (por ejemplo, silicio) con boro implantado (por ejemplo, la capa que contiene boro se forma a partir de una porción del sustrato mediante la implantación de iones de boro en el mismo).
Opcionalmente, puede utilizarse cualquier técnica adecuada conocida en la técnica para implantar boro en una superficie.
Por ejemplo, los iones de boro pueden tener opcionalmente una energía en un rango de 3 a 50 keV (opcionalmente de 5 a 50 keV).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento relativas a la implantación de iones de boro, la dosis de implantación está en un intervalo de 1014 a 1016 átomos por cm2.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formación de una capa que contiene boro se efectúa de tal manera que un espesor de la capa que contiene boro y/o la concentración de boro en la capa es mayor en regiones seleccionadas de la segunda superficie, estando las regiones seleccionadas destinadas a estar bajo contactos eléctricos (que se aplican opcionalmente como se describe en el presente documento).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la formación de una capa que contiene boro se efectúa de tal manera que una variabilidad en una cantidad de boro (opcionalmente en unidades de átomos por unidad de área) en la capa que contiene boro no es superior a ± 5 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la cantidad de boro en la capa que contiene boro no es superior a ± 4 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la cantidad de boro en la capa que contiene boro no es superior a ± 3 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la cantidad de boro en la capa que contiene boro no es superior a ± 2 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la cantidad de boro en la capa que contiene boro no es superior a ± 1 %.
La variabilidad en una cantidad de boro puede determinarse mediante cualquier técnica adecuada (por ejemplo, con una resolución en un intervalo de 0,1 mm a 1 mm), opcionalmente determinando un espesor de la capa que contiene boro y suponiendo que la variabilidad en el espesor es igual a la variabilidad en la cantidad de boro.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la formación de una capa que contiene boro se efectúa de tal manera que una variabilidad en un espesor de la capa que contiene boro no es superior a ± 5 %. En algunas realizaciones, la variabilidad del espesor de la capa que contiene boro no es superior a ± 4 %. En algunas realizaciones, la variabilidad del espesor de la capa que contiene boro no es superior a ± 3 %. En algunas realizaciones, la variabilidad del espesor de la capa que contiene boro no es superior a ± 2 %. En algunas realizaciones, la variabilidad del espesor de la capa que contiene boro no es superior a ± 1 %.
En el presente documento, la "variabilidad" de una cantidad de boro (por ejemplo, concentración de boro o cantidad de boro por unidad de superficie) y/o del espesor de una capa que contiene boro se refiere a la variabilidad a lo largo de regiones destinadas a tener la misma cantidad de boro y/o espesor, es decir, la presencia de regiones que deliberadamente tienen una cantidad diferente de boro (por ejemplo, lagunas desprovistas de boro y/o regiones bajo contactos eléctricos que tienen una mayor concentración de boro), según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, no aumentan per se la variabilidad de una cantidad de boro.
Las regiones seleccionadas que tienen una mayor cantidad de boro en la capa que contiene boro pueden formarse opcionalmente mediante la formación selectiva de una capa que contiene boro sólo en dichas regiones (p. ej., mediante la pulverización catódica de boro y/o la implantación de iones de boro utilizando una máscara adecuada), además de (antes y/o después de) formar una capa que contiene boro en toda la superficie de la segunda superficie. Debe apreciarse que las regiones seleccionadas que tienen una mayor cantidad de boro (por ejemplo, formadas por formación selectiva de una capa que contiene boro en dichas regiones únicamente) no deben considerarse como parte de una capa que contiene boro cuando se determina una variabilidad de una cantidad de boro en una capa que contiene boro.
Capa de recubrimiento:
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el procedimiento comprende además la formación de una capa de recubrimiento por encima de una capa que contiene boro (de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento), opcionalmente inmediatamente después de formar la capa que contiene boro. En algunas realizaciones, el grosor de la capa de recubrimiento oscila entre 5 y 30 nm (opcionalmente entre 5 y 20 nm).
En el presente documento, los términos "cubierta" y "recubrimiento" se refieren a una capa que se encuentra por encima ("recubrimiento") de una capa que contiene boro (es decir, más alejada del sustrato que la capa que contiene boro), y no pretenden ser limitativos.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas en el presente documento, la formación de una capa que contiene dopante n (etapa (a)) se efectúa después de la formación de una capa que contiene boro (etapa (b)) y de la formación de una capa de recubrimiento.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la formación de una capa que contiene dopante n (etapa (a)) se efectúa después de la formación de una capa que contiene boro (etapa (b)) y antes de la formación de una capa de cubierta.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas en el presente documento, la formación de una capa que contiene dopante n (etapa (a)) se efectúa antes de la formación de una capa que contiene boro (etapa (b)) y de la formación de una capa de recubrimiento.
La capa de la tapa se puede formar según cualquier técnica conveniente sabida en el arte para formar una capa de la tapa según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en la presente memoria. Ejemplos de técnicas adecuadas incluyen, sin limitación, pulverización catódica (por ejemplo, pulverización catódica iónica y/o pulverización catódica por radiofrecuencia), deposición física de vapor y deposición química de vapor.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones, la capa de la tapa comprende una sustancia inerte. En algunas realizaciones, la formación de la capa de cubierta se efectúa por deposición de una capa de la sustancia inerte, opcionalmente por pulverización catódica (por ejemplo, pulverización catódica por haz de iones y/o pulverización catódica por radiofrecuencia).
Ejemplos de sustancias inertes adecuadas para formar una capa de cubierta incluyen, sin limitación, nitruro de silicio, oxinitruro de silicio y óxido de silicio.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas en el presente documento, la formación de una capa de recubrimiento por encima de la capa que contiene boro se efectúa antes de efectuar la difusión (por ejemplo, mediante tratamiento térmico). En algunas realizaciones, la formación de la capa de cubierta por encima de la capa que contiene boro se efectúa antes de la deposición de la capa que contiene fósforo (que contiene dopante n). En algunas realizaciones de este tipo, la capa de cubierta protege la capa que contiene boro (por ejemplo, hasta que se efectúa la difusión).
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento), por ejemplo, en el que el texturizado de la primera superficie se asocia con un pequeño grado de decapado de la segunda superficie. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro eliminada de la segunda superficie mediante texturizado en al menos un 10% (es decir, en comparación con la cantidad de boro eliminada mediante texturizado, en las mismas condiciones, de un sustrato dopado con boro correspondiente que carezca de la capa de recubrimiento). En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 20 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 30 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 40 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 50 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 60 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 70 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 80 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 90 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 95 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 98 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 99 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 99,5 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 99,8 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro eliminado de la segunda superficie por texturizado en al menos un 99,9 %.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de recubrimiento impide sustancialmente la eliminación de boro de la segunda superficie mediante texturizado (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento).
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 10 % del boro de la segunda superficie mediante el texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 5 % del boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 3 % del boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 2 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de manera que no se elimine más del 1 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 0,5 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 0,3 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 0,2 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de manera que no se elimine más del 0,1 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 0,05 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de manera que no se elimine más del 0,03 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no se elimine más del 0,02 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado. En algunas realizaciones de este tipo, la capa de recubrimiento se selecciona de manera que no se elimine más del 0,01 % de boro de la segunda superficie mediante texturizado.
Sin estar limitado por ninguna teoría en particular, se cree que las superficies de sustrato fuertemente dopadas (por ejemplo, dopadas en exceso) con boro no sólo son relativamente resistentes a los procesos de texturizado, sino que la eliminación modesta de boro durante la texturización también tiene relativamente poco efecto sobre las propiedades de las superficies fuertemente dopadas con boro, mientras que las superficies con concentraciones de boro relativamente bajas (por ejemplo, no más de 3^1020 átomos por cm3, según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento) se verían más afectadas por la eliminación del boro durante la texturización (por ejemplo, si no se reduce mediante una capa de recubrimiento).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento relativas a la selección de una capa de cubierta que tenga ciertas propiedades (de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento), la selección puede ser opcionalmente efectuando la formación de una capa de cubierta que tenga un espesor suficiente para dar lugar a las propiedades indicadas, por ejemplo, un espesor de al menos 5 nm (opcionalmente hasta 30 nm, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento). Alternativa o adicionalmente, la selección puede efectuarse opcionalmente comparando los resultados de diferentes composiciones de la capa de recubrimiento (por ejemplo, nitruro de silicio, óxido de silicio y/o oxinitruro de silicio) y/o diferentes metodologías de formación de la capa de recubrimiento (de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el procedimiento comprende además la eliminación de una capa de recubrimiento según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento posteriormente a la eliminación de una capa dopada con n mediante texturizado (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento), opcionalmente antes de formar un recubrimiento pasivante y/o antirreflectante según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, la capa de cubierta protege la capa dopada con boro del proceso de texturizado.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de protección se selecciona de tal manera que reduce el grado de oxidación (por ejemplo, tras la exposición al aire) de una capa que contiene boro (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento) bajo la capa de protección (es decir, en comparación con el grado de oxidación de una capa que contiene boro correspondiente, en las mismas condiciones, en ausencia de la capa de protección). En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 10 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 20 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 30 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 40 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 50 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 60 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 70 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 80 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce un grado de oxidación de la capa que contiene boro en al menos un 90 %.
Un grado de oxidación (por ejemplo, tras la exposición al aire) puede determinarse opcionalmente como una concentración de átomos de oxígeno en la capa que contiene boro (por ejemplo, átomos de oxígeno unidos a átomos de boro). Opcionalmente, puede determinarse un grado de oxidación en un momento predeterminado tras la formación de la capa que contiene boro y/o la capa de recubrimiento (por ejemplo, 1 hora o 24 horas tras la formación de la capa de recubrimiento).
Sin estar obligado por ninguna teoría en particular, se cree que las capas que contienen boro adecuadas para dopar un sustrato con concentraciones de boro relativamente bajas (por ejemplo, no más de 3^102° átomos por cm3, de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento), especialmente las capas muy delgadas que contienen boro (por ejemplo, de 1 a 35 nm de espesor, de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento) pueden ser relativamente sensibles a las reacciones con la atmósfera circundante (por ejemplo, oxidación). Se cree además que la protección de la capa que contiene boro mediante la capa de cubierta contra la atmósfera puede mejorar la reproducibilidad del dopado con boro.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de protección se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de boro según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento (es decir, en comparación con la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante, en las mismas condiciones, en ausencia de la capa de protección). En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se escapa a la atmósfera circundante en al menos un 10%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 20%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 30%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 40%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 50%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 60 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 70%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que reduzca la cantidad de boro que se escapa a la atmósfera circundante en al menos un 80 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 90%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 95 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 98 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 99 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 99,5%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 99,8%. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que escapa a la atmósfera circundante en al menos un 99,9%.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de cubierta se selecciona de tal manera que no más del 50 % del boro de la capa que contiene boro (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento) escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento). En algunas realizaciones de este tipo, la capa de cubierta se selecciona de tal manera que no más del 30% del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 20 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 10 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 5 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 3% del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 2 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 1 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,5% del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,3% del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,2 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de cubierta se selecciona de forma que no más del 0,1% del boro de la capa que contiene boro se escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,05 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,03 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,02 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de forma que no más del 0,01 % del boro de la capa que contiene boro escape a la atmósfera circundante al efectuar la difusión de dicho boro.
Sin estar limitado por ninguna teoría en particular, se cree que el escape de boro de una capa que contiene boro durante la difusión (por ejemplo, difusión efectuada por calentamiento, de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento) puede resultar deletéreamente en dopaje heterogéneo de boro, por ejemplo, en dopaje reducido de boro a lo largo del borde de la superficie de un sustrato (en relación con el dopaje de boro en el centro de la superficie del sustrato) debido a un mayor grado de escape de boro desde el borde del sustrato (particularmente si múltiples sustratos son sometidos a difusión en una pila).
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de cubierta se selecciona de tal manera que reduce una cantidad de boro que se difunde en la primera superficie del sustrato al efectuar la difusión de boro según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento (es decir, en comparación con una cantidad de boro que se difunde en la primera superficie, en las mismas condiciones, en ausencia de la capa de cubierta). En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 10 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 20 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 30 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 40 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 50 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 60 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 70 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 80 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 90 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 95 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 98 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de boro que se difunde en la primera superficie en al menos un 99 %.
Sin estar limitado por ninguna teoría en particular, se cree que el escape de boro de una capa que contiene boro durante la difusión (por ejemplo, difusión efectuada por calentamiento, de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento) puede resultar deletéreo en la difusión de boro gaseoso en la primera superficie (que está destinada a ser dopada por el dopante n), especialmente en realizaciones que no incluyen la eliminación de una primera capa dopada con n.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento relativas al escape y/o difusión de boro en una primera superficie al efectuar la difusión de boro, la difusión de boro se efectúa mediante exposición a una temperatura elevada, por ejemplo, en un intervalo de 950 °C a 1050 °C (por ejemplo, según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento).
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la formación de cada una de la capa que contiene boro y de la capa de cubierta por encima de la capa que contiene boro (en la segunda superficie del sustrato) se efectúa antes de formar la capa que contiene dopante n (en la primera superficie del sustrato). En algunas de estas realizaciones, la capa de cubierta (que se forma antes de la capa que contiene dopante n) se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n (por ejemplo, fósforo) que se difunde en la segunda superficie del sustrato al efectuar la difusión del dopante n y el boro de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento (es decir, en comparación con una cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie, en las mismas condiciones, en ausencia de la capa de cubierta). En algunas de estas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 10 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 20 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 30 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 40 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 50 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 60 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 70 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 80 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 90 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 95 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 98 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 99 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 99,5 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 99,8 %. En algunas realizaciones, la capa de recubrimiento se selecciona de tal manera que reduce la cantidad de dopante n que se difunde en la segunda superficie en al menos un 99,9 %.
Sin estar obligado por ninguna teoría en particular, se cree que una capa de cubierta formada (en la segunda superficie) antes de una capa que contiene dopante n puede servir como barrera para que el dopante n entre en contacto y/o se difunda inadvertidamente en la segunda superficie (que está destinada a ser dopada con boro).
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa de cubierta se forma de tal manera que un borde de la capa de cubierta corresponde a un borde deseado de una capa dopada con n (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento). La capa de cubierta puede determinar opcionalmente el borde de una capa dopada con n impidiendo el dopado con n a través del borde (es decir, en una región cubierta por la capa de cubierta), por ejemplo, facilitando la separación (es decir, reduciendo el solapamiento) de una capa dopada con n y una capa dopada con boro, lo que puede mejorar la resistencia de derivación.
En algunas realizaciones según cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la formación de la capa de cubierta se efectúa de tal manera que la capa de cubierta cubre un borde del sustrato (es decir, una superficie entre la primera superficie y la segunda superficie, que es opcionalmente perpendicular a cada una de la primera superficie y la segunda superficie), y opcionalmente cubre todos los bordes del sustrato. En algunas de estas realizaciones, la capa de cubierta impide la formación de una capa dopada con n (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento) en un borde del sustrato.
Debe entenderse que, a menos que se defina lo contrario, las operaciones aquí descritas pueden ejecutarse en muchas combinaciones u órdenes de ejecución. La ordenación aquí descrita no debe considerarse limitativa. Por ejemplo, dos o más operaciones, que aparecen en la descripción en un orden particular, pueden ejecutarse en un orden diferente (por ejemplo, un orden inverso) o sustancialmente contemporáneamente.
La célula fotovoltaica:
Según un aspecto de algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, se proporciona una célula fotovoltaica bifacial preparada mediante un procedimiento descrito en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas y cualquier combinación de las mismas.
Según un aspecto de algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, se proporciona una célula fotovoltaica bifacial que comprende un sustrato semiconductor (por ejemplo, silicio), el sustrato que comprende una capa n+ en una primera superficie del mismo y una capa p+ en una segunda superficie del mismo, la capa n+ que comprende un dopante n (por ejemplo, fósforo) y la capa p+ que comprende boro. Preferiblemente, la célula fotovoltaica comprende además contactos eléctricos en cada una de dicha primera superficie y dicha segunda superficie, que son adecuados para una célula bifacial (por ejemplo, los contactos no cubren una gran proporción de ninguna de las dos superficies). En algunas realizaciones, la célula se prepara mediante un procedimiento como el descrito en el presente documento.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas para una célula fotovoltaica, una variabilidad de la concentración de boro en una capa p+ no es superior a ± 5 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la concentración de boro en la capap+ no es superior a ± 4 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la concentración de boro en la capa p+ no es superior a ± 3 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la concentración de boro en la capa p+ no es superior a ± 2 %. En algunas realizaciones, la variabilidad de la concentración de boro en la capa p+ no es superior a ± 1 %.
La variabilidad en la concentración de boro puede determinarse mediante cualquier técnica adecuada (por ejemplo, con una resolución en un intervalo de 0,1 mm a 1 mm), opcionalmente determinando una resistencia de lámina de una porción dada de la capa p+ (por ejemplo, un cuadrado de 0,1 a 1 mm) y suponiendo que la variabilidad en la resistencia de lámina (en valores bajos tales como ± 5 % o menos) es equivalente a la variabilidad en la concentración de boro.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una concentración de boro en una capa p+es inferior a 1021 átomos/cm3, opcionalmente inferior a 3^1020 átomos/cm3, opcionalmente inferior a 1020 átomos/cm3, opcionalmente inferior a 3^1019 átomos/cm3 y opcionalmente inferior a 1019 átomos/cm3.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la capa p+ se caracteriza por una resistencia de lámina según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento, por ejemplo, en un intervalo de 15 a 300 ohmios, de 30 a 300 ohmios, de 30 a 200 ohmios y/o de 30 a 150 ohmios.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas aquí, la primera superficie está texturizada.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas aquí, la segunda superficie está texturizada. Opcionalmente, tanto la primera como la segunda superficie están texturizadas.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la célula fotovoltaica comprende además un revestimiento pasivante y/o antirreflectante (según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento) en al menos una parte de la segunda superficie, opcionalmente toda la segunda superficie. En algunas realizaciones, el revestimiento pasivante y/o antirreflectante cubre al menos una parte de, y opcionalmente todos, los bordes del sustrato; y opcionalmente cubre una parte de la primera superficie que bordea un borde del sustrato (por ejemplo, un área de la primera superficie que tiene una anchura de hasta 0,5 mm, opcionalmente de 0,1-0,5 mm, que bordea el borde).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la célula fotovoltaica comprende además un revestimiento pasivante y/o antirreflectante (según cualquiera de las realizaciones aquí descritas) sobre al menos una porción de la primera superficie, opcionalmente toda la primera superficie. En algunas realizaciones, un revestimiento pasivante y/o antirreflectante cubre al menos una parte de cada una de la primera superficie y la segunda superficie, y opcionalmente toda la primera superficie y la segunda superficie. El revestimiento pasivante y/o antirreflectante de la primera superficie puede ser el mismo o diferente que el revestimiento pasivante y/o antirreflectante de la segunda superficie.
En algunas realizaciones, el espesor total del revestimiento o revestimientos pasivantes (según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento) está en un intervalo de 1 a 15 nm, opcionalmente en un intervalo de 2 a 15 nm, y opcionalmente en un intervalo de 5 a 15 nm.
Ejemplos de revestimientos pasivantes y/o antirreflectantes según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas incluyen, sin limitación, revestimientos que comprenden nitruro de silicio, oxinitruro de silicio, TiO2, ZrO2, y/o Ta2O5. Cuando hay más de una capa presente en un revestimiento pasivante y/o antirreflectante, las diferentes capas pueden diferir, por ejemplo, en el índice de refracción (por ejemplo, una capa superior que tenga un índice de refracción más bajo que una capa inferior) y/o en los componentes (por ejemplo, una capa que comprenda oxinitruro de silicio y otra capa que comprenda nitruro de silicio).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una capa n+ de la célula fotovoltaica (opcionalmente una segunda capa n+ preparada de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento, o una primera capa n+ preparada de acuerdo con cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento que no incluyen la preparación de una segunda capa n+) se caracteriza por una resistencia de lámina en un intervalo de 70 a 150 ohmios.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una concentración de boro en una capa p+ (según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas) es mayor en regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos en dicha segunda superficie. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos un 20 % mayor que una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos un 40 % mayor que una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos un 60 % mayor que una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos un 80 % mayor que una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos 100 % mayor que (dos veces) una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos 200 % mayor que (3 veces) una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos 400 % mayor que (5 veces) una concentración de boro en el resto de la capa p+. En algunas realizaciones, una concentración de boro en las regiones subyacentes a dichos contactos eléctricos es al menos 900 % mayor que (10 veces) una concentración de boro en el resto de la capa p+.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la célula fotovoltaica comprende además una capa de SiB en la segunda superficie, opcionalmente una capa de SiB preparada según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento. La capa de SiB puede ser opcionalmente un revestimiento pasivante según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, la segunda superficie de la célula fotovoltaica comprende de 1014a 1016 átomos de boro por cm2. En algunas realizaciones, la segunda superficie comprende de 3^1014 a 3^1015 átomos de boro por cm2.
En algunas realizaciones de cualquiera de las descritas en el presente documento, una concentración máxima de boro en dicha segunda superficie es inferior a 3^1020 átomos/cm3. En algunas realizaciones, la concentración de boro es inferior a 1020 átomos/cm3. En algunas realizaciones, la concentración de boro es inferior a 3^1019 átomos/cm3. En algunas realizaciones, la concentración de boro es inferior a 1019 átomos/cm3.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una capa p+ (según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento) se caracteriza por una resistencia de lámina de al menos 15 ohmios/a En algunas realizaciones, la resistencia de lámina de una capa p+ está en un intervalo de 15 a 300 ohmios/a En algunas realizaciones, la resistencia de lámina de una capa p+está en un intervalo de 15 a 200 ohmios/a En algunas realizaciones, la resistencia de lámina de una capa p+está en un intervalo de 15 a 150 ohmios/a
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una capa p+ (según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas) se caracteriza por una resistencia de lámina de al menos 30 ohmios/a En algunas realizaciones, la resistencia de lámina de una capap+ está en un intervalo de 30 a 300 ohmios/a En algunas realizaciones, la resistencia de lámina de una capa p+ está en un intervalo de 30 a 200 ohmios/a En algunas realizaciones, la resistencia de lámina de una capa p+ está en un intervalo de 30 a 150 ohmios/a
De acuerdo con algunas realizaciones, una capa p+ de la célula fotovoltaica no cubre un área que bordea un borde del sustrato de la misma, el área que tiene una anchura en un rango de 0,1-0,5 mm. Dicha área puede prepararse opcionalmente enmascarando y/o decapando la segunda superficie, de acuerdo con cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento.
En cualquiera de las realizaciones aquí descritas (según cualquiera de los aspectos aquí descritos), el sustrato semiconductor comprende silicio, y opcionalmente consiste esencialmente en silicio dopado (por ejemplo, silicio de tipo p o de tipo n).
En cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento (según cualquiera de los aspectos descritos en el presente documento), el sustrato semiconductor puede ser opcionalmente un semiconductor de tipo n (por ejemplo, silicio dopado con n), de manera que la célula fotovoltaica tenga una estructura p+-n-n+; o un semiconductor de tipo p (por ejemplo, silicio dopado con p), de manera que la célula fotovoltaica tenga una estructura n+-p-p+ .
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, el sustrato semiconductor es un semiconductor de tipo p. En realizaciones ejemplares, el sustrato es silicio dopado con p.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una recombinación efectiva de la superficie posterior de la célula fotovoltaica (según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas) es inferior a 150 cm/segundo. En algunas realizaciones, la recombinación efectiva de la superficie posterior es inferior a 100 cm/segundo. En algunas realizaciones, la recombinación efectiva de la superficie posterior es inferior a 60 cm/segundo. En algunas realizaciones, la recombinación efectiva de la superficie posterior es inferior a 30 cm/segundo. En algunas realizaciones, la recombinación efectiva de la superficie posterior es inferior a 20 cm/segundo. En algunas realizaciones, la recombinación efectiva de la superficie posterior es inferior a 10 cm/segundo. En algunas realizaciones, la recombinación efectiva de la superficie posterior es inferior a 5 cm/segundo.
La recombinación superficial efectiva (por ejemplo, de la superficie posterior) puede determinarse según cualquier técnica adecuada conocida en la técnica, por ejemplo, midiendo la eficiencia cuántica interna espectral tras la iluminación (por ejemplo, de la cara posterior). Opcionalmente, la recombinación superficial efectiva se determina como se describe en Eisenberg et al. [Energy Procedia 2016, 92:16-23], cuyo contenido se incorpora aquí por referencia (especialmente el contenido relativo a la medición de la recombinación superficial).
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una eficiencia del lado frontal de la célula fotovoltaica (según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas) es de al menos el 19 %. En algunas realizaciones, la eficiencia del lado frontal es de al menos 19,5%. En algunas realizaciones, la eficiencia de la parte frontal es de al menos el 20 %. En algunas realizaciones, la eficiencia del lado frontal es de al menos el 20,5%. En algunas realizaciones, la eficiencia del lado frontal es de al menos el 21 %. En algunas realizaciones, la eficiencia del lado frontal es de al menos 21,5%. En algunas realizaciones, la eficiencia del lado frontal es de al menos el 22 %.
En el presente documento, la expresión "eficiencia del lado frontal" se refiere a la eficiencia (tal como se describe en el presente documento) de la célula fotovoltaica en condiciones en las que sólo un lado (frontal) de la célula está expuesto a la iluminación (por ejemplo, cuando el otro lado está colocado sobre una superficie negra opaca). La "cara frontal" expuesta a la iluminación se define como aquella que se caracteriza por una mayor eficiencia.
La eficiencia de una célula (por ejemplo, con respecto a la iluminación de cualquier lado de la misma) puede determinarse determinando la potencia máxima de salida de la célula y dividiéndola por la irradiancia de luz de entrada, en condiciones de prueba estándar.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una tensión de circuito abierto de la célula fotovoltaica (según cualquiera de las respectivas realizaciones aquí descritas) es de al menos 620 mV. En algunas realizaciones, la tensión de circuito abierto es de al menos 630 mV. En algunas realizaciones, la tensión de circuito abierto es de al menos 640 mV. En algunas realizaciones, la tensión de circuito abierto es de al menos 650 mV. En algunas realizaciones, la tensión de circuito abierto es de al menos 660 mV.
Los parámetros físicos descritos en el presente documento relacionados con el rendimiento de las células fotovoltaicas se determinan mediante mediciones en condiciones de prueba estándar utilizadas en la técnica para evaluar células fotovoltaicas. Las condiciones de ensayo estándar incluyen una irradiancia solar de 1.000 W/m2, un espectro solar de referencia a AM (masa de aire) de 1,5 y una temperatura de la célula de 25 °C.
En algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones aquí descritas, una relación entre la corriente de cortocircuito del lado posterior y la corriente de cortocircuito del lado frontal es de al menos 0,75. En algunas realizaciones, la relación entre la corriente de cortocircuito de la parte trasera y la corriente de cortocircuito de la parte delantera es de al menos 0,8. En algunas realizaciones, la relación entre la corriente de cortocircuito del lado posterior y la corriente de cortocircuito del lado frontal es de al menos 0,85. En algunas realizaciones, la relación entre la corriente de cortocircuito del lado posterior y la corriente de cortocircuito del lado frontal es de al menos 0,9. En el presente documento, la expresión "corriente de cortocircuito en la cara frontal" se refiere a la corriente de cortocircuito (tal como se describe en el presente documento) de la célula fotovoltaica en condiciones en las que sólo la cara frontal de la célula está expuesta a la iluminación (por ejemplo, cuando la cara posterior está colocada sobre una superficie negra opaca), y la expresión "corriente de cortocircuito en la cara posterior" se refiere a la corriente de cortocircuito (tal como se describe en el presente documento) de la célula fotovoltaica en condiciones en las que sólo la cara posterior de la célula está expuesta a la iluminación (por ejemplo, cuando la cara anterior está colocada sobre una superficie negra opaca). El "lado delantero" se define como el lado caracterizado por la mayor eficiencia y el "lado trasero" como el lado caracterizado por la menor eficiencia (determinada como se describe en el presente documento).
La corriente de cortocircuito (Isc) puede determinarse, por ejemplo, midiendo la corriente producida por la célula fotovoltaica en cortocircuito (es decir, tensión = 0) utilizando técnicas estándar de la técnica.
Como la parte trasera es (por definición) menos eficiente que la parte delantera, la relación entre la corriente de cortocircuito de la parte trasera y la corriente de cortocircuito de la parte delantera suele ser inferior a 1, opcionalmente inferior a 0,95.
Sin estar limitado por una teoría particular, se cree que una relación relativamente alta entre la corriente de cortocircuito del lado posterior y la corriente de cortocircuito del lado frontal (por ejemplo, como se describe en el presente documento) está asociada con un diseño superior del lado posterior (por ejemplo, la capa p+ en una estructura p+-p-n+), caracterizado por una concentración relativamente uniforme de dopante, reducción e incluso eliminación del exceso de dopaje, y/o baja recombinación efectiva del lado posterior. Se cree además que los valores de otros parámetros descritos en el presente documento, como la eficiencia relativamente alta de la parte delantera, también pueden mejorarse mediante un diseño superior de la parte trasera.
Según algunas realizaciones, la resistencia de derivación específica de la célula fotovoltaica es de al menos 5.000 ohmios*cm2 (es decir, ohm multiplicado por cm2), opcionalmente al menos 5.500 ohm*cm2, opcionalmente al menos 6.000 ohmios*cm2, opcionalmente al menos 6.500 ohmios*cm2, y opcionalmente al menos 7.000 ohm*cm2. Como la resistencia de derivación específica puede depender de la superficie y la forma de una célula fotovoltaica, la resistencia de derivación específica antes mencionada puede determinarse para una célula fotovoltaica que tenga una superficie de unos 230 cm2 y sea sustancialmente cuadrada (es decir, que tenga una circunferencia de unos 61 cm).
En algunas realizaciones, la célula fotovoltaica exhibe una resistencia de derivación específica según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento en combinación con una concentración de boro relativamente baja (por ejemplo, no más de 1020 átomos por cm3) según cualquiera de las realizaciones respectivas descritas en el presente documento.
Sin estar obligado por ninguna teoría en particular, se cree que las técnicas conocidas para mejorar la resistencia de derivación (por ejemplo, el aislamiento de bordes por láser) son menos eficaces (e incluso deletéreas) en células de alta eficiencia (tales como células con bajas concentraciones controladas de boro, como se describe en el presente documento).
Según otro aspecto de las realizaciones de la invención, se proporciona un módulo fotovoltaico que comprende una pluralidad de cualquiera de las células fotovoltaicas descritas en el presente documento, estando las células fotovoltaicas interconectadas entre sí.
Tal como se utiliza en el presente documento, la expresión "módulo fotovoltaico" describe un módulo que comprende un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas en serie y/o en paralelo. La conexión de las células en serie crea una tensión más alta. La conexión de las células en paralelo produce una corriente mayor. Así, un artesano experto puede conectar las células de manera que proporcionen el voltaje y la corriente deseados.
Opcionalmente, el módulo puede combinar elementos adicionales como una lámina de vidrio para proteger la célula fotovoltaica del entorno sin bloquear la luz que llega a la célula fotovoltaica y/o una base que oriente el módulo en la dirección de una fuente de luz (por ejemplo, para seguir el movimiento diario del sol). Opcionalmente, hay un inversor para convertir la corriente continua en alterna. Opcionalmente, puede haber una batería para almacenar la energía generada por la célula fotovoltaica.
Según otro aspecto de las realizaciones de la presente invención, se proporciona una central eléctrica que comprende los módulos fotovoltaicos descritos en el presente documento. La central eléctrica comprende opcionalmente una pluralidad de módulos fotovoltaicos colocados de forma que maximicen su exposición a la luz solar.
Debe apreciarse que una posición y orientación óptimas de un módulo fotovoltaico que incluya las células fotovoltaicas bifaciales aquí descritas pueden ser diferentes de una posición óptima de un conjunto de células fotovoltaicas monofaciales.
Según otro aspecto de las realizaciones de la presente invención, se proporciona un dispositivo eléctrico que comprende una célula fotovoltaica según cualquiera de las respectivas realizaciones descritas en el presente documento. El dispositivo eléctrico puede estar configurado de forma que ambas caras de la célula fotovoltaica bifacial estén expuestas a la luz (por ejemplo, estando en una superficie del dispositivo). En algunas realizaciones, las células fotovoltaicas son una fuente de energía para el dispositivo eléctrico.
Las aplicaciones ejemplares de las células fotovoltaicas y/o módulos fotovoltaicos descritos en el presente documento incluyen, pero no se limitan a, una fuente de energía doméstica, un calentador de agua, un ordenador de bolsillo, un ordenador portátil, una base de carga portátil, un teléfono celular, un localizador, una PDA, una cámara digital, un detector de humo, un dispositivo GPS, un juguete, un dispositivo periférico de ordenador, un satélite, una nave espacial, un aparato eléctrico portátil (por ejemplo, un televisor portátil, un dispositivo de iluminación portátil), y un aparato eléctrico inalámbrico (por ejemplo, una aspiradora inalámbrica, un taladro inalámbrico y una sierra inalámbrica).
Según otro aspecto de las realizaciones de la presente invención, se proporciona un detector de radiación electromagnética, el detector que comprende cualquier célula fotovoltaica descrita en el presente documento, en el que la radiación electromagnética se selecciona del grupo que consiste en radiación ultravioleta, visible e infrarroja. El detector puede utilizarse, por ejemplo, para detectar la radiación (por ejemplo, como detector de infrarrojos) y/o para medir la cantidad de radiación (por ejemplo, en espectrofotometría).
Se espera que durante la vida de una patente derivada de la presente solicitud se desarrollen muchas técnicas de dopaje pertinentes (por ejemplo, técnicas de pulverización catódica e implantación iónica) y el alcance de los términos "dopaje", "pulverización catódica" e "implantación iónica" pretende incluir a priori todas esas nuevas tecnologías.
En el presente documento, el término "aproximadamente" se refiere a ± 10 %
Los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "que tiene" y sus conjugados significan "que incluye pero no se limita a".
La expresión "que consiste en" significa "que incluye y se limita a".
La expresión "que consiste esencialmente en" significa que la composición, procedimiento o estructura puede incluir ingredientes, etapas y/o partes adicionales, pero sólo si los ingredientes, etapas y/o partes adicionales no alteran materialmente las características básicas y novedosas de la composición, procedimiento o estructura reivindicada. Tal y como se utilizan aquí, las formas singulares "un", "una" y "el" incluyen referencias plurales a menos que el contexto dicte claramente lo contrario. Por ejemplo, los términos "un compuesto" o "al menos un compuesto" pueden incluir una pluralidad de compuestos, incluidas sus mezclas.
A lo largo de esta solicitud, varias realizaciones de esta invención pueden presentarse en un formato de gama. Debe entenderse que la descripción en formato de rango es meramente por conveniencia y brevedad y no debe interpretarse como una limitación inflexible del alcance de la invención. Por consiguiente, debe considerarse que la descripción de un intervalo ha revelado específicamente todos los subintervalos posibles, así como los valores numéricos individuales dentro de ese intervalo. Por ejemplo, la descripción de un intervalo como de 1 a 6 debe considerarse que ha revelado específicamente subintervalos como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6, etc., así como números individuales dentro de ese intervalo, por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Esto se aplica independientemente de la amplitud de la gama.
Siempre que se indique un intervalo numérico en el presente documento, se entenderá que incluye cualquier número citado (fraccionario o integral) dentro del intervalo indicado. Las frases "entre" un primer número indicado y un segundo número indicado y "desde" un primer número indicado "hasta" un segundo número indicado se utilizan aquí indistintamente y se entiende que incluyen los números indicados primero y segundo y todos los números fraccionarios e integrales entre ellos.
Se aprecia que ciertas características de la invención, que son, para mayor claridad, descritas en el contexto de realizaciones separadas, también pueden ser proporcionadas en combinación en una sola realización. Por el contrario, varias características de la invención, que son, por brevedad, se describe en el contexto de una sola realización, también puede ser proporcionada por separado o en cualquier sub-combinación adecuada o como adecuado en cualquier otra realización descrita de la invención. Ciertas características descritas en el contexto de diversas realizaciones no deben considerarse características esenciales de dichas realizaciones, a menos que la realización sea inoperante sin dichos elementos.
Varias realizaciones y aspectos de la presente invención, tal y como se describen anteriormente y se reivindican en la sección de reivindicaciones, encuentran apoyo experimental en los siguientes ejemplos.
Ejemplos
Se hace referencia ahora a los siguientes ejemplos, que junto con las descripciones anteriores ilustran algunas realizaciones de la invención de forma no limitativa.
Ejemplo 1
Formación controlable de capas p+ con diferente resistencia de lámina utilizando una fuente de difusión sólida con boro pulverizado catódicamente
Se eligieron como sustratos obleas de silicio Chochralski tipo n que tenían una resistividad de aproximadamente 5 Q^cm. Las fuentes superficiales que contienen boro se depositaron sobre la superficie de sustratos de silicio pulido mediante pulverización catódica por radiofrecuencia (RF) de un objetivo de nitruro de boro (BN). Como iones de pulverización catódica se utilizó argón puro o argón con adición de oxígeno. Dependiendo de la concentración de oxígeno en el gas de pulverización catódica, se formaron capas de BN o BOxNy con espesores comprendidos entre 1 y 10 nm.
La uniformidad del espesor de las capas depositadas en la superficie de una oblea se determinó a lo largo de la diagonal de una oblea cuadrada de 6" (15,24 cm), para muestras preparadas utilizando diferentes potencias de descarga en el rango de 1-4 kW, utilizando elipsometría para determinar el espesor y el índice de refracción de las capas depositadas.
Como se muestra en la FIG. 1, las variaciones en el espesor de la capa que contiene boro no superaron aproximadamente ± 4-5 % para ninguna de las potencias de descarga probadas, según se determinó mediante elipsometría.
Las capas que contienen boro preparadas como se ha descrito anteriormente se protegieron antes del proceso de difusión formando capas de SiN y/o SiOx de 5 a 20 nm de espesor mediante pulverización catódica. La difusión en un horno de tubo de cuarzo a una temperatura de 1025 °C se llevó a cabo con las obleas dispuestas en una pila, para formar una capa p+ dopada con boro en el sustrato de silicio.
Como se muestra en la FIG. 2, la difusión durante 30 minutos tras la formación de una capa de recubrimiento de SiN de 10 nm dio lugar a capas p+ dopadas con boro en el silicio caracterizadas por valores muy bajos de dispersión de la resistencia de lámina (Rsh) para un grosor determinado de la capa que contiene boro pulverizada catódicamente sobre la superficie de silicio (incluyendo pulverización catódica a un caudal de oxígeno de 10 o 20 cm3/minuto. Este resultado indica un alto grado de reproducibilidad. La dispersión en los valores Rsh fue menor que en las muestras sin capa de recubrimiento (datos no mostrados), lo que indica que la capa de recubrimiento desempeña un papel en la reducción de la dispersión y en la mejora de la reproducibilidad.
Como se muestra en la FIG. 2, se obtuvo una amplia gama de valores Rsh específicos (alrededor de 20-100 ohmios) para espesores de capa específicos que contienen boro en un rango de 1 - 5 nm. Este rango obtenido de valores de resistencia de lámina es adecuado para el diseño de células solares.
Estos resultados indican que puede obtenerse una resistencia de lámina adecuada de una capa que contiene boro, en función de los requisitos tecnológicos de la célula solar, seleccionando un espesor adecuado de una capa que contiene boro, con un alto grado de uniformidad sobre una superficie de oblea.
Ejemplo 2
Formación controlable de capas p+ con recombinación superficial efectiva suprimida (Set)
Las obleas de silicio de tipo n se doparon simétricamente para formar capas p+ en ambas caras, utilizando una fuente sólida de boro depositada en superficie. Se utilizaron dos series de muestras de silicio para el análisis comparativo del efecto de los procedimientos de dopaje sobre la recombinación superficial efectiva de las capas p+. Ambas caras de cada oblea de la primera serie se recubrieron con una solución de borosilicato utilizando una técnica de spin-on. Tras secar el recubrimiento depositado de la solución se formó una película que contenía boro.
Ambas caras de cada oblea de la segunda serie se recubrieron con películas de oxinitruro de boro de 1 a 3 nm de espesor, preparadas por pulverización catódica por radiofrecuencia, y recubiertas por una capa de SiN pulverizada de 10 nm de espesor.
Todas las obleas se sometieron a difusión en pilas en un horno tubular de cuarzo a una temperatura de 1025 °C, durante 30 minutos en atmósfera de nitrógeno. A continuación, se determinó la concentración de boro a distintas profundidades mediante espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS).
Como se muestra en la FIG. 3, las muestras preparadas utilizando una fuente de dopaje por hilado presentaban una concentración superficial de boro a bajas profundidades que superaba el límite de solubilidad del boro en el silicio (aproximadamente 5^102° átomos por cm3), lo que indicaba un típico exceso de dopaje de silicio por boro.
Por el contrario, como se muestra en la FIG. 4, las obleas representativas procesadas mediante pulverización catódica de boro (seguida de tratamiento térmico) mostraron concentraciones superficiales de boro más bajas (no más de 1020 átomos/cm3) y un mayor control sobre las concentraciones superficiales de boro (por ejemplo, permaneciendo constantemente por debajo del nivel de solubilidad del boro).
Del mismo modo, como se muestra en la FIG. 5, otras obleas procesadas mediante pulverización catódica de boro (seguida de tratamiento térmico y posterior oxidación térmica en seco) y caracterizadas por diferentes resistencias superficiales (34, 74 y 390 ohmios por cuadrado) presentaban diferentes perfiles de concentración/profundidad de boro, caracterizándose cada una de ellas por bajas concentraciones superficiales de boro (sistemáticamente inferiores a 1020 átomos/cm3) y un mayor control de las concentraciones superficiales de boro (la concentración submáxima de boro en la superficie de las obleas se debe a la oxidación térmica posterior a la difusión).
Estos resultados indican que un perfil de concentración de boro puede controlarse como se desee según los requisitos de procesamiento y diseño, por ejemplo, para minimizar la resistencia de contacto, suprimir la recombinación superficial y similares.
Después de una limpieza RCA según procedimientos estándar, las obleas se sumergieron en una solución de quinhidrona (3 % en isopropanol) para efectuar la pasivación superficial, y se midió la recombinación superficial efectiva (Seff) utilizando un procedimiento de fotoconductividad en estado cuasi estacionario. Sin estar obligado por ninguna teoría en particular, se cree que el rendimiento de las obleas con baja concentración de boro (por ejemplo, como se describe en el presente documento) puede mejorarse considerablemente de manera conveniente mediante la pasivación de la superficie (por ejemplo, con quinhidrona) para reducir Seff; mientras que las obleas dopadas en exceso (por ejemplo, como las preparadas mediante una técnica de spin-on) tienen un Seff relativamente bajo (aunque superior a los valores Seff ejemplificados en el presente documento) sin ningún tratamiento adicional (debido a la presencia de SiB) y, por lo tanto, no pueden mejorarse fácilmente mediante la pasivación de la superficie. Por lo tanto, las obleas preparadas mediante la técnica de spin-on no se sumergieron en la solución de quinhidrona.
Como se muestra en la Tabla 1, el dopaje controlable mediante pulverización catódica de boro dio lugar a una reducción considerable de las pérdidas por recombinación superficial.
Tabla 1: Recombinación superficial efectiva de obleas de silicio tras pulverización catódica de boro y pasivación superficial por inmersión en quinhidrona
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
Ejemplo 3
estructura semiconductora p+-p-n+ con formación controlada de p+-capas
Las obleas de silicio de tipo p se doparon con boro pulverizado catódicamente que contenía capas de varios espesores, según los procedimientos descritos en el Ejemplo 2, excepto que sólo la cara posterior se dopó con boro. La cara frontal se dopó con fósforo mediante difusión térmica (simultáneamente con el dopaje con boro de la cara posterior) para formar una capa n+, que se eliminó tras la texturización de la cara frontal mediante decapado (por ejemplo, como se describe en la Patente rusa n° 2139601). Se formó una unión p-n por difusión de fósforo (mediante difusión de POCh) para formar una segunda capa n+. La resistencia de lámina de las (segundas) capas n+ obtenidas era de ~ 80 ohmios por cuadrado.
Tras la formación de una estructura semiconductora p+-p-n+, la pasivación de ambas superficies y la deposición de recubrimientos antirreflectantes de SiN, se determinó el voltaje de circuito abierto (Voci) implícito a una iluminación solar mediante el decaimiento de la fotoconductividad en estado cuasi estacionario utilizando un dispositivo Sinton. En la tabla 2 se presentan los valores Voci de varias muestras representativas.
Tabla 2: Tensión implícita en circuito abierto (Voci) de las estructuras p+-p-n+ obtenidas mediante pulverización catódica para el dopaje con boro
Figure imgf000025_0002
Como se muestra en la Tabla 2, las estructuras semiconductoras p+-p-n+ obtenidas mostraron una alta calidad, con altos valores de Voci adecuados para la fabricación de células fotovoltaicas con una eficiencia de al menos el 22 %.
Ejemplo 4
Células fotovoltaicas con formación controlada de capas p+
Se procesaron dos grupos de obleas de Si de tipo p según los procedimientos descritos en el Ejemplo 3, para formar células fotovoltaicas. Los dos grupos diferían en lo siguiente: la formación de la unión p-n (por difusión en fase gaseosa de POCh para formar una segunda capa n+) se realizó en las obleas del grupo 1 antes de depositar una capa antirreflectante de SiN en la cara dopada con boro, y en las obleas del grupo 2 después de depositar la capa antirreflectante de SiN en la cara dopada con boro. Tras la difusión del fósforo, la deposición de un recubrimiento de pasivación/antirreflectante en el lado n+, la impresión de contacto y la cocción, se evaluó el rendimiento de la célula en condiciones estándar. Los parámetros de rendimiento de las células fotovoltaicas del grupo 2 y del grupo 1 se presentan en las tablas 3 y 4, respectivamente.
Tabla 3: Parámetros de células fotovoltaicas con unión p-n formada tras la deposición de la capa antirreflectante posterior
Figure imgf000026_0001
Tabla 4: Parámetros de células fotovoltaicas con unión p-n formada antes de la deposición de la capa antirreflectante posterior
Figure imgf000026_0002
Como se muestra en las Tablas 3 y 4, la formación de una capa n+/unión p-n por difusión de gas subsiguiente a la deposición de una capa antirreflectante posterior (Tabla 3) dio lugar a una eficacia considerablemente mayor asociada a una resistencia de derivación significativamente mayor.
Por el contrario, en el caso de la difusión de fósforo antes de la deposición de la capa antirreflectante posterior (Tabla 4), se requieren medidas adicionales para reducir la derivación de bordes.
Sin estar obligado por ninguna teoría en particular, se cree que la cobertura de las regiones dopadas con boro por la capa antirreflectante reduce la derivación asociada con el contacto entre las regiones dopadas con boro y la capa n+ formada posteriormente (segunda).
Estos resultados indican que pueden prepararse células fotovoltaicas de alta eficiencia según los procedimientos aquí descritos. Se esperan mejoras adicionales tras la optimización rutinaria, en vista de las altas tensiones implícitas en circuito abierto descritas en el Ejemplo 3.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de producción de una célula fotovoltaica bifacial, comprendiendo el procedimiento:
a) formar una capa que contenga boro en una segunda superficie de un sustrato semiconductor mediante pulverización catódica de boro y/o mediante implantación iónica de boro; y
b) formar una capa de recubrimiento por encima de dicha capa que contiene boro;
c) formar una capa que contenga dopante n en una primera superficie del sustrato semiconductor;
d) efectuar la difusión de dicho dopante n y la difusión de dicho boro en el sustrato semiconductor después de formar la capa de recubrimiento por encima de la capa que contiene boro, para dopar así dicha primera superficie con dicho dopante n a fin de formar una capa dopada con n y dicha segunda superficie con dicho boro;
e) eliminar la capa dopada con n de dicha primera superficie mediante texturizado;
f) formar un revestimiento pasivante y/o antirreflectante en dicha segunda superficie; y
g) dopar posteriormente dicha primera superficie con un dopante n; y
h) formar un revestimiento pasivante y/o antirreflectante sobre dicha primera superficie.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que un espesor de dicha capa que contiene boro está en un intervalo de 1 a 35 nm.
3. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que dicha pulverización catódica de boro se efectúa utilizando un objetivo de nitruro de boro.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la formación de dicha capa de cubierta se efectúa depositando una sustancia seleccionada del grupo que consiste en óxido de silicio, nitruro de silicio y oxinitruro de silicio.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho dopaje posterior de dicha primera superficie con un dopante n forma una capa n+ caracterizada por una resistencia de lámina en un intervalo de 70-150 ohmios.
6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además la formación de contactos eléctricos en cada una de dicha primera superficie y dicha segunda superficie.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dicha capa que contiene boro tiene un espesor mayor en algunas regiones de dicha segunda superficie, comprendiendo el procedimiento formar selectivamente contactos eléctricos en dichas regiones de dicha segunda superficie.
8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho sustrato semiconductor se selecciona de un grupo que comprende semiconductores de tipo p, en el que dicho sustrato semiconductor se selecciona de un grupo de sustratos semiconductores que comprenden silicio.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, comprende además formar una capa de SiB sobre dicha segunda superficie.
10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además formar un área en un borde de dicha segunda superficie, teniendo dicha área una anchura en un intervalo de 0,1-0,5 mm, que está sustancialmente desprovista de boro, enmascarando dicha área durante la etapa (a) o decapando dicha área después de la etapa (a) en el que el texturizado de la primera superficie está asociado con un pequeño grado de decapado de la segunda superficie.
11. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha capa que contiene boro y las condiciones de dicha difusión se seleccionan de tal manera que el dopaje de dicha segunda superficie con boro forma una capa p+ caracterizada por un espesor en un intervalo de 0,3 a 1,5 pm.
12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha capa que contiene boro y las condiciones de dicha difusión se seleccionan de tal manera que el dopaje de dicha segunda superficie con boro forma una capa p+ caracterizada por una resistencia de lámina en un intervalo de 30 a 150 ohmios.
13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho dopante n comprende fósforo.
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