ES2942985T3

ES2942985T3 - Celda solar de tipo electrodo de superficie posterior de alta eficiencia y método de fabricación de la misma

Info

Publication number: ES2942985T3
Application number: ES18825325T
Authority: ES
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2023-06-08
Anticipated expiration: 2038-05-07
Also published as: CN110800114A; JP2019009312A; JP6741626B2; KR102563642B1; WO2019003638A1; EP3648175B1; CN110800114B; US20210143291A1; TWI753179B; TW201907450A; EP3648175A1; EP3648175A4; KR20200023301A; US11984522B2

Abstract

Y el electrodo negativo comprende un segundo conductor eléctrico que se forma en la región de tipo n. De este modo se proporciona una célula solar de tipo electrodo de superficie posterior económica que tiene una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Celda solar de tipo electrodo de superficie posterior de alta eficiencia y método de fabricación de la misma

Campo técnico

La presente invención se refiere a: una celda solar de contacto posterior de alta eficiencia y a un método para su fabricación.

Técnica anterior

Como método para mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica de una celda solar de silicio cristalino, en los últimos años, se ha estudiado ampliamente una denominada celda solar de contacto posterior, en la que no hay previstos electrodos en una superficie receptora de luz para eliminar la pérdida óptica debida a la sombra de los electrodos.

La FIG. 6 es un diagrama esquemático que muestra una estructura básica de una celda solar de contacto posterior general. Cabe señalar que la superficie receptora de luz mira hacia abajo en el dibujo. Como se muestra en la FIG. 6, la celda solar 601 de contacto posterior tiene, en una superficie de un sustrato 602 que no recibe luz, una región 603 de tipo p formada en la que se difunde en alta concentración un elemento del grupo III, tal como boro o aluminio, y una región 604 de tipo n formada en la que se difunde en alta concentración un elemento del grupo V tal como fósforo o antimonio de modo que sea adyacente a la misma.

La región 603 de tipo p y la región 604 de tipo n están cubiertas con una película 605 de pasivado formada principalmente por una película de una sola capa o una película estratificada de óxido de silicio, nitruro de silicio, óxido de aluminio o carburo de silicio, etc., para reducir la pérdida debida a la recombinación de portadores foto-excitados. Además, una superficie opuesta (superficie receptora de luz) es cubierta con una película anti-reflectante 606 formada por una película de una sola capa o una película estratificada de nitruro de silicio, óxido de titanio, óxido de estaño, óxido de zinc, óxido de silicio u óxido de aluminio, etc.

Además, se forman un electrodo positivo 607 y un electrodo negativo 608 de modo que penetren la película 605 de pasivado. En términos de coste, estos electrodos generalmente se forman aplicando una pasta conductora que tiene finas partículas metálicas de plata, etc., mezcladas en un aglutinante orgánico a áreas predeterminadas mediante serigrafía o dispensación, y posteriormente realizando un tratamiento térmico a aproximadamente desde varios cientos a 850 °C.

Sin embargo, en realidad, si se aplica uniformemente una pasta de plata general como la descrita anteriormente a un silicio de tipo p y a un silicio de tipo n, la resistencia de contacto entre el silicio de tipo p y el electrodo a menudo resulta grande. Esto surge del hecho de que la diferencia de función de trabajo con el metal en la pasta conductora difiere según el tipo de conductividad del silicio.

Para contrarrestar este problema, por ejemplo, el Documento 1 de Patente describe que añadiendo del 6 al 30% en masa de polvo de aluminio como contenido sólido de una pasta conductora compuesta principalmente de plata, se puede obtener un contacto eléctrico favorable.

El documento 2 de patente describe un método en el que, utilizando una pasta de plata con adición de galio o indio, se obtiene el contacto eléctrico introduciendo la impureza en el silicio de tipo p mediante tratamiento térmico.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Documento 1 de patente: Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Examinada n.° JPS6159546 A.

Documento 2 de Patente: Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada N.° JP2002511190A.

El documento CN101383386 A describe una celda solar de contacto posterior con una pila de electrodos positivos de aluminio/plata.

El documento KR20130104776 A describe una celda solar con una capa de aluminio/plata y una pila de electrodos positivos de capa de plata.

Compendio de la invención

Problema técnico

Sin embargo, por otro lado, ha existido el problema de que los aditivos formados por un elemento del grupo III tienen una baja conductividad eléctrica y, si se añaden a un agente de electrodo, aumenta la resistencia del cableado. Además, ha habido el problema de que, con una celda solar de contacto posterior, que tiene electrodos positivos y negativos dispuestos en una superficie de un sustrato que no recibe luz, la degradación de las características de salida debido a la alta resistencia del cableado resulta particularmente notoria dado que la densidad de la foto-corriente es alta en comparación con una celda solar convencional que tiene electrodos en ambas superficies de un sustrato.

La presente invención se ha realizado en vista de los problemas descritos anteriormente, y un objeto de la presente invención es proporcionar una celda solar de contacto posterior de bajo coste que pueda fabricarse de forma sencilla y que tenga una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un módulo fotovoltaico de bajo coste y un sistema de generación de energía fotovoltaica que tenga una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para fabricar una celda solar de contacto posterior con una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica y con poca pérdida de resistencia en los electrodos mediante un método simple.

Solución al problema

Para lograr el objeto, la presente invención proporciona una celda solar que es una celda solar de contacto posterior que tiene, en una primera superficie principal de un sustrato de silicio cristalino, una región de tipo p que tiene un conductor tipo p y una región de tipo n que tiene un conductor tipo n, y que está provista de un electrodo positivo formado en la región de tipo p y un electrodo negativo formado en la región de tipo n, donde el electrodo positivo comprende un conductor estratificado de un primer conductor eléctrico que está formado en la región de tipo p y que está compuesto principalmente de plata e incluye un elemento del grupo III y un segundo conductor eléctrico que está estratificado sobre el primer conductor eléctrico y que tiene una relación de contenido del elemento del grupo III más baja que el primer conductor eléctrico, y el electrodo negativo comprende el segundo conductor eléctrico formado en la región de tipo n.

El electrodo positivo de una celda solar de este tipo tiene una baja resistencia de contacto ya que el primer conductor eléctrico, que está en contacto con el sustrato de silicio, incluye un elemento del grupo III, y una baja resistencia de cableado ya que el segundo conductor eléctrico, que está conectado a un cableado tiene una relación de contenido del elemento del grupo III más baja que el primer conductor eléctrico. Es decir, el electrodo positivo tiene un contacto eléctrico favorable entre el sustrato de silicio y el electrodo y, además, se reduce la resistencia del cableado. Como resultado, la celda solar de la invención es una celda solar de contacto posterior con poca pérdida de resistencia y alta eficiencia.

En este momento, el primer conductor eléctrico está compuesto principalmente de plata o, en un ejemplo que no forma parte de la invención reivindicada, el primer conductor eléctrico puede estar compuesto principalmente de aluminio.

Cuando el primer conductor eléctrico está compuesto principalmente de plata, se puede utilizar una pasta de plata. Por otro lado, cuando el primer conductor eléctrico está compuesto principalmente de aluminio, que tiene un coste relativamente bajo, se puede reducir el coste de la celda solar.

Además, la celda solar de la invención está preferiblemente provista de una película de pasivado formada en las superficies de la región de tipo p y de la región de tipo n donde no están formados el electrodo positivo y el electrodo negativo.

Tal celda solar tiene una mayor eficiencia ya que la película de pasivado puede suprimir la recombinación de electrones y huecos en la superficie del sustrato de silicio.

Además, para lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona un módulo fotovoltaico que comprende las celdas solares descritas anteriormente conectadas eléctricamente entre sí.

Un módulo fotovoltaico con las celdas solares de la invención conectadas eléctricamente entre sí como se ha descrito anteriormente tiene poca pérdida de resistencia.

Además, para lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona un sistema de generación de energía fotovoltaica que comprende una pluralidad de los módulos fotovoltaicos descritos anteriormente conectados eléctricamente entre sí.

Múltiples módulos fotovoltaicos con las celdas solares de la invención conectadas entre sí se pueden conectar para formar un sistema de generación de energía fotovoltaica, y tal sistema de generación de energía fotovoltaica tiene poca pérdida de resistencia.

Además, para lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona un método para fabricar una celda solar que comprende las etapas de: formar, en una primera superficie principal de un sustrato de silicio cristalino, una región de tipo p que tiene un conductor tipo p y una región de tipo n que tiene un conductor tipo n, formando, en la región de tipo p, un primer conductor eléctrico que está compuesto principalmente de plata e incluye un elemento del grupo III, y formando, tanto en el primer conductor eléctrico como en la región de tipo n, un segundo conductor eléctrico que tiene una relación de contenido del elemento del grupo III más baja que el primer conductor eléctrico, en el que mediante la etapa de formar el primer conductor eléctrico y la etapa de formar el segundo conductor eléctrico, se forman un electrodo positivo que comprende un conductor estratificado del primer conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico y un electrodo negativo que comprende el segundo conductor eléctrico.

De esta forma, se puede fabricar mediante un método sencillo una celda solar de contacto posterior con una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica y poca pérdida de resistencia en los electrodos. En particular, mediante tal método, es posible realizar parte de la formación del electrodo positivo y la formación del electrodo negativo al mismo tiempo sin proporcionar una nueva etapa, y se puede fabricar una celda solar de alta eficiencia a bajo coste.

En este momento, la etapa de formar el primer conductor eléctrico y la etapa de formar el segundo conductor eléctrico comprenden preferiblemente una etapa de serigrafía o formación por dispensación de un agente de electrodo. Adoptando tales métodos, es posible fabricar una celda solar a bajo coste con una productividad favorable.

Además, el método inventivo para fabricar una celda solar comprende preferiblemente, antes de la etapa de formar el primer conductor eléctrico y la etapa de formar el segundo conductor eléctrico, una etapa de formar, sobre una superficie de la región de tipo p y la región de tipo n, una película de pasivado, en donde en la etapa de formar el primer conductor eléctrico, el primer agente de electrodo que incluye un elemento del grupo III se aplica sobre la región de tipo p a través de la película de pasivado, en la etapa de formar el segundo conductor eléctrico, se aplica un segundo agente de electrodo que tiene una relación de contenido del elemento del grupo III menor que el primer agente de electrodo tanto sobre el primer agente de electrodo como sobre la región de tipo n a través de la película de pasivado, y después de la etapa de formar el segundo conductor eléctrico, al sinterizar el primer agente de electrodo y el segundo agente de electrodo, se forman el electrodo positivo y el electrodo negativo.

Formando así una película de pasivado, es posible fabricar una celda solar con una mayor eficiencia. Además, el método anterior es un método sencillo.

Efectos ventajosos de la invención

La celda solar de la invención está provista de un electrodo positivo que tiene un contacto eléctrico favorable y una baja resistencia de cableado y, por lo tanto, se reduce la pérdida de resistencia de la salida de la celda solar. Además, de acuerdo con el método inventivo para fabricar una celda solar, es posible fabricar una celda solar de este tipo con una pérdida de resistencia reducida y una alta eficiencia de forma simple y económica. En particular, en el método inventivo para fabricar una celda solar, se puede adoptar un método de serigrafía o un método de dispensación, y además, dado que parte de la formación del electrodo positivo y de la formación del electrodo negativo se pueden realizar al mismo tiempo, se puede fabricar una celda solar con una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica a menor coste con mayor productividad.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es un diagrama que muestra una realización de la estructura de la celda solar de la invención; la FIG. 2 es un diagrama que muestra un ejemplo del método inventivo para fabricar una celda solar; la FIG. 3 es un diagrama que muestra una realización de una estructura de la parte posterior de la celda solar de la invención;

la FIG. 4 es un diagrama que muestra una realización del módulo fotovoltaico de la invención;

la FIG. 5 es un diagrama que muestra una realización del sistema de generación de energía fotovoltaica de la invención;

la FIG. 6 es un diagrama que muestra una estructura básica de una celda solar de contacto posterior convencional.

Descripción de realizaciones

A continuación, se describirán realizaciones de la presente invención, pero la presente invención no se limita a ellas. En primer lugar, se describirá un ejemplo de la estructura de la celda solar de la invención específicamente con referencia a la FIG. 1. Cabe señalar que la superficie receptora de luz mira hacia abajo en la FIG. 1.

Como se muestra en la FIG. 1, la celda solar 101 de contacto posterior de la invención (en lo sucesivo, también denominada simplemente celda solar) tiene, en una primera superficie principal (la superficie que se convierte en una superficie que no recibe luz cuando se convierte en una celda solar) de un sustrato 102 de silicio cristalino, una región 103 de tipo p que tiene un conductor tipo p y una región 104 de tipo n que tiene un conductor tipo n, y que está provista de un electrodo positivo 107 formado en la región 103 de tipo p y un electrodo negativo 108 formado en la región 104 de tipo n.

Más específicamente, es posible lo siguiente. La celda solar 101 de contacto posterior de la invención puede tener, formada localmente en la primera superficie principal (la superficie que se convierte en una superficie que no recibe luz cuando se convierte en una celda solar) del sustrato 102 de silicio cristalino que tiene un conductor tipo p o n, la región 103 de tipo p que tiene un conductor tipo p, que tiene un dopante para proporcionar conductividad de tipo p añadido con una concentración más alta que la concentración de dopante del sustrato 102 de silicio cristalino. Además, en la misma primera superficie principal, la región 104 de tipo n que tiene un conductor tipo n, que tiene un dopante para proporcionar conductividad de tipo n añadido con una concentración más alta que la concentración de dopante del sustrato 102 de silicio puede formarse para que sea adyacente a la región 103 de tipo p.

En la región 103 de tipo p, se forma el electrodo positivo 107 que incluye un conductor estratificado 111 de un primer conductor eléctrico 109 y un segundo conductor eléctrico 110. Por otro lado, en la región 104 de tipo n, se forma el electrodo negativo 108 que incluye el segundo conductor eléctrico 110. El primer conductor eléctrico 109, que se forma en la región 103 de tipo p y que forma parte del electrodo positivo 107, incluye un elemento del grupo III.

Para el primer conductor eléctrico 109, un cuerpo sinterizado de una pasta de aluminio con frita de vidrio añadida según un ejemplo que no forma parte de la invención reivindicada, o un cuerpo sinterizado de una pasta de plata con un elemento del grupo III y frita de vidrio añadida según una realización de la invención, se usa adecuadamente con el objeto de reducir la resistencia de contacto con la región 103 de tipo p. Como el elemento del grupo III, se puede usar una sustancia simple o un compuesto de boro, galio o indio, pero considerando el coste, es preferible utilizar aluminio. Como compuesto del elemento del grupo III, más específicamente, es preferible incluir uno o más tipos entre nitruro de boro, óxido de boro, cloruro de aluminio y bromuro de aluminio. Es necesario ajustar apropiadamente la relación de contenido del elemento del grupo III en el primer conductor eléctrico 109 dependiendo de los elementos añadidos y la forma de los mismos, pero como ejemplo, cuando se usa aluminio, la relación de contenido es preferiblemente de aproximadamente 3% en masa o más. Además, el primer conductor eléctrico está preferiblemente compuesto principalmente de plata o aluminio. Cuando la plata es el componente principal, la relación de contenido de plata es preferiblemente del 50% en masa o más. Cuando el aluminio es el componente principal, la relación de contenido de aluminio es preferiblemente del 50% en masa o más.

Además, el segundo conductor eléctrico 110 tiene una relación de contenido del elemento del grupo III menor que el primer conductor eléctrico 109. En particular, preferiblemente, el segundo conductor eléctrico 110 tiene frita de vidrio añadida y está formado por el cuerpo sinterizado de una pasta de plata general sin elemento del grupo III añadido. Si el elemento del grupo III se añade al segundo conductor eléctrico 110, que se convertirá en el electrodo negativo 108, no solo aumenta la resistencia del cableado, sino que también aumenta la resistencia de contacto debido a la formación de una barrera de energía en la superficie de la región 104 de tipo n, y las características de las celdas solares se degradan.

Así, al dar al electrodo positivo 107 una estructura estratificada del primer conductor eléctrico 109, que obtiene un contacto eléctrico favorable con la región 103 de tipo p y el segundo conductor eléctrico 110, que tiene una baja resistencia de cableado, se reduce la pérdida de resistencia eléctrica, y resulta posible mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica de la celda solar.

Además, es preferible formar una película 105 de pasivado en partes de la región 103 de tipo p sin electrodos positivos formados y partes de la región 104 de tipo n sin electrodos negativos formados. En este caso, es decir, la celda solar 101 de contacto posterior de la invención está provista de la película 105 de pasivado formada en las superficies de la región 103 de tipo p y la región 104 de tipo n donde no están formados un electrodo positivo 107 y un electrodo negativo 108. Dado que la recombinación de huecos y electrones en la superficie del sustrato 102 de silicio cristalino puede suprimirse mediante una película 105 de pasivado de este tipo, la celda solar es de mayor eficiencia. Para la película 105 de pasivado se puede utilizar óxido de silicio, nitruro de silicio, óxido de aluminio o carburo de silicio, etc. Estos pueden usarse como una sola capa o pueden combinarse como una película estratificada. El grosor de la película 105 de pasivado es preferiblemente de varios nm a 100 nm para obtener un efecto de pasivado suficiente. Además, la superficie de la región 103 de tipo p y la superficie de la región 104 de tipo n pueden tener cada una película con diferentes características aplicadas.

Además, es preferible formar una película anti-reflectante 106 en la superficie receptora de luz del sustrato 102 de silicio cristalino. Como película anti-reflectante 106, es preferible usar un dieléctrico con un índice de refracción de 1,8 a 2,2 debido a la necesidad de obtener un efecto de confinamiento óptico, y por esta razón se puede utilizar nitruro de silicio, carburo de silicio, óxido de titanio, óxido de estaño, óxido de zinc, etc. Estos dieléctricos se utilizan preferiblemente con un grosor de película de 70 nm a 120 nm para obtener un efecto de confinamiento óptico óptimo. Además, estos se pueden usar como una sola capa y, aunque no se muestra en los dibujos, se puede formar una capa intermedia de óxido de silicio u óxido de aluminio con un grosor de película de 40 nm o menos entre el dieléctrico anterior y el sustrato 102 de silicio cristalino. De esta manera, se puede mejorar el efecto de pasivado sobre la superficie de la superficie receptora de luz.

A continuación, se describirá el método inventivo para fabricar una celda solar con referencia a la FIG. 2, pero la presente invención no se limita a ello.

Un sustrato 202 de silicio cristalino puede ser un silicio cristalino que tiene una resistividad de 0,1 a 10 ü c m y un conductor tipo p o n, y aunque no se muestra en los dibujos, se puede formar una estructura rugosa en la superficie del sustrato para confinamiento óptico. La estructura rugosa se puede obtener sumergiendo el sustrato 202 de silicio cristalino en una solución ácida o alcalina durante un período predeterminado. Como solución ácida, típicamente, se usa una solución ácida mixta de ácido nitro-fluorhídrico, ácido acético, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, agua, etc.

Cuando el sustrato 202 de silicio cristalino se sumerge en esta solución, se graban preferiblemente ranuras diminutas en la superficie que se vuelve áspera al procesar el sustrato y, por lo tanto, se forma la estructura rugosa. Como solución alcalina, se puede utilizar una solución acuosa de hidróxido de potasio, una solución acuosa de hidróxido de sodio o una solución acuosa de hidróxido de tetrametilamonio. Debido a que el grabado alcalino progresa mediante la formación de enlaces Si-OH, su velocidad de grabado depende de la orientación del plano del cristal, proporcionando una estructura rugosa donde se expone una superficie de cristal que tiene una velocidad de grabado baja.

Una superficie que no recibe luz del sustrato 202 de silicio cristalino no requiere necesariamente una estructura rugosa. La superficie sería más bien aplanada para reducir el área superficial, ya que podría esperarse un efecto de reducción de la pérdida por recombinación del portador. En este caso, se puede utilizar un grabado por rotación utilizando un producto químico que contenga ácido nitro-fluorhídrico o un aparato de limpieza de un lado del tipo en línea.

Es preferible que, después de que se forme la estructura rugosa, el sustrato 202 de silicio cristalino se limpie con una solución acuosa ácida de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fluorhídrico, etc., o una solución mixta de los mismos. En términos de coste y características, es preferible limpiar el sustrato en ácido clorhídrico. Para mejorar la limpieza, el sustrato se puede limpiar en una solución de ácido clorhídrico en la que se mezclan 0,5 a 5% de peróxido de hidrógeno y se calienta a 60 a 90 °C.

A continuación, se forman una región de tipo p que tiene un conductor tipo p y una región de tipo n que tiene un conductor tipo n en la primera superficie principal del sustrato de silicio cristalino. Estos pueden estar formados por las etapas que se muestran en la FIG. 2(a) a (c) como se describe a continuación, pero esto no es limitativo. En primer lugar, como se muestra en la FIG. 2(a), se forma una región 203 de tipo p en un lado del sustrato 202 de silicio cristalino. Usando una fuente de difusión que contiene un elemento del grupo III, se puede formar la región 203 de tipo p, y en términos de características eléctricas y simplicidad del aparato, es preferible realizar la difusión en fase de vapor a 900 a 1000 °C utilizando, por ejemplo, bromuro de boro. En la celda solar de la invención, es necesario formar la región 203 de tipo p solo en la superficie posterior (la superficie que se convierte en una superficie que no recibe luz cuando se transforma en una celda solar). Para lograr esto, es necesario añadir un giro de realizar la difusión en un estado en el que dos sustratos se superponen o formar una barrera de difusión tal como el nitruro de silicio en el lado de la superficie receptora de luz para que el boro no se difunda en la superficie receptora de luz. Además, también es posible formar la región 203 de tipo p realizando una difusión térmica de 900 a 1000 °C después de aplicar un compuesto de boro sobre el sustrato y secarlo, en lugar de la difusión en fase de vapor. De acuerdo con este método, la difusión de boro a una superficie no aplicada se puede suprimir con relativa facilidad. Aparte de este método, es posible realizar la difusión por un solo lado mediante un método de recubrimiento por rotación utilizando un agente difusor, un método de pulverización, etc.

Además, se puede formar una barrera 212 de difusión en la región 203 de tipo p. Como barrera de difusión, se puede usar adecuadamente nitruro de silicio u óxido de silicio que se puede obtener a través de un método químico de deposición de vapor o de un método físico de deposición de vapor. Aunque dependiendo del método de fabricación de la película, la película se forma con un grosor de aproximadamente 50 a 200 nm en este caso. Aparte de esto, se puede utilizar una película de óxido de silicio obtenida mediante tratamiento térmico. En este caso, el sustrato se somete a un tratamiento térmico en una atmósfera de óxido o vapor de agua de 800 a 1100 °C para producir un crecimiento de óxido de silicio de 20 a 200 nm. Dicho sea de paso, este tratamiento térmico y la difusión del elemento del grupo III, tal como el boro, pueden realizarse en sucesión.

Posteriormente, como en la FIG. 2(b), la barrera 212 de difusión en una parte donde se ha de formar la región de tipo n se elimina parcialmente para exponer la región 203 de tipo p. La barrera 212 de difusión se puede eliminar, por ejemplo, con pasta de grabado para serigrafía en una porción deseada y realizando un tratamiento térmico de 100 a 400 °C. Además, también es posible utilizar la ablación con láser cuyo proceso es más sencillo.

A continuación, como se muestra en la FIG. 2 (c), se puede formar una región 204 de tipo n en una porción de abertura de la barrera de difusión. Utilizando una fuente de difusión que contiene un elemento del grupo V, se puede formar la región 204 de tipo n y, en términos de características eléctricas y simplicidad del aparato, es preferible realizar la difusión en fase de vapor a 800 a 980 °C utilizando, por ejemplo, oxicloruro de fósforo. En la celda solar de la invención, es necesario formar la región 204 de tipo n solo en la superficie posterior (superficie que no recibe luz). Para lograr esto, es necesario añadir un giro de realizar la difusión en un estado en el que dos sustratos se superponen o formar una barrera de difusión como el nitruro de silicio en el lado de la superficie receptora de luz para que el fósforo no se difunda sobre la superficie receptora de luz. Además, también es posible formar la región 204 de tipo n realizando una difusión térmica de 800 a 980 °C después de que se aplica un compuesto de fósforo sobre el sustrato y se seca, en lugar de la difusión en fase de vapor. De acuerdo con este método, la difusión de fósforo a una superficie no aplicada se puede suprimir con relativa facilidad.

La difusión del elemento del grupo V, tal como fósforo, también se puede realizar después de que la región 203 de tipo p expuesta en la porción de abertura de la barrera 212 de difusión sea eliminada mediante grabado, como una forma alternativa al método descrito anteriormente. En este caso, por ejemplo, al sumergir el sustrato 202 de silicio cristalino en una solución acuosa de hidróxido de sodio o en una solución acuosa de hidróxido de potasio, la región 203 de tipo p en la porción de abertura puede ser eliminada selectivamente, ya que la barrera 212 de difusión funciona como una máscara.

Un patrón para formar la región de tipo p y la región de tipo n puede ser, por ejemplo, un patrón en el que la región 303 de tipo p y la región 304 de tipo n son linealmente adyacentes en el sustrato 302 de silicio cristalino como se muestra en FIG. 3(a), o, como en la FIG. 3(b) y la FIG. 3(c), bien la región 303 de tipo p o bien la región 304 de tipo n pueden tener forma de isla.

Después de la difusión del elemento del grupo V tal como fósforo, etc., el vidrio de boro, una barrera 212 de difusión y el vidrio de fósforo formado en la superficie de difusión se eliminan con ácido fluorhídrico, etc. Para mantener la limpieza de la superficie del sustrato, más preferiblemente, el sustrato se puede limpiar con una solución en la que se mezcla agua amoniacal o una solución acuosa de hidróxido de tetrametilamonio con 0,5 a 5% de peróxido de hidrógeno y se calienta a 60 a 90 °C. Además, el sustrato se puede limpiar con ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico o una solución mixta de los mismos, o una solución en la que estos se mezclen con 0,5 a 5% de peróxido de hidrógeno y que se caliente a 60 a 90 °C. Además, es preferible eliminar una película de óxido sobre la superficie del sustrato con una solución acuosa de ácido fluorhídrico en la última etapa.

A continuación, como se muestra en la FIG. 2(d), se puede formar una película 205 de pasivado en la región de tipo p y en la región de tipo n. Para la película 205 de pasivado, se usa adecuadamente nitruro de silicio. En este caso, utilizando plasma CVD, se puede obtener una película con un alto efecto de pasivado ajustando adecuadamente la relación de mezcla de silano, amoníaco e hidrógeno. Aparte de esto, también es posible formar óxido de silicio, óxido de aluminio o carburo de silicio, etc. mediante un método tal como tratamiento térmico, método CVD, método de pulverización catódica o método de deposición de capa atómica. Además, estas películas pueden ser una sola capa o pueden combinarse con cualquiera de las anteriores para formar un estratificado. Además, la película 205 de pasivado se forma preferiblemente con un grosor de película de varios nm a 100 nm para obtener un efecto de pasivado suficiente.

Posteriormente, se forma una película anti-reflectante 206 sobre la superficie receptora de luz del sustrato 202 de silicio cristalino. Como la película anti-reflectante 206, es preferible utilizar un dieléctrico con un índice de refracción de 1,8 a 2,2 debido a la necesidad de obtener un efecto de confinamiento óptico, y por este motivo se puede utilizar nitruro de silicio, carburo de silicio, óxido de titanio, óxido de estaño, óxido de zinc, etc. Estas películas se utilizan preferiblemente con un grosor de película de 70 nm a 120 nm para obtener un efecto de confinamiento óptico óptimo. Además, éstas se pueden usar como una sola capa y, aunque no se muestra en los dibujos, se puede formar una capa intermedia de óxido de silicio u óxido de aluminio con un grosor de película de 40 nm o menos entre la película anterior y el sustrato 202 de silicio cristalino. De esta manera, se puede mejorar el efecto de pasivado sobre la superficie de la superficie receptora de luz.

A continuación, como se muestra en la FIG. 2(e), se aplica un primer agente 209a de electrodo en la región 2 de tipo p. Como primer agente 209a de electrodo, se puede utilizar adecuadamente una pasta de aluminio con polvo de aluminio y frita de vidrio mezcladas en un aglutinante orgánico o una pasta de plata con polvo de plata, frita de vidrio, y una sustancia simple o un compuesto de un elemento del grupo III mezclado en un aglutinante orgánico para obtener un contacto eléctrico favorable con la región 203 de tipo p. En este último caso, es necesario ajustar adecuadamente la relación de contenido del elemento del grupo III dependiendo de los elementos añadidos y la forma de los mismos, y considerando el coste, es preferible utilizar una pasta de plata con polvo de aluminio añadido en una relación de contenido sólido de 3% en masa o más.

No existe una restricción particular al método para formar el primer agente 209a de electrodo, pero en términos de productividad, es preferible aplicar la pasta conductora en la región 203 de tipo p mediante formación de dosificación o serigrafía.

Posteriormente, el sustrato 202 de silicio cristalino se seca en una atmósfera de 100 a 300 °C.

Posteriormente, como se muestra en la FIG. 2(f), se forma un segundo agente 210a de electrodo sobre el primer agente 209a de electrodo y la región 204 de tipo n mediante aplicación. Como el segundo agente 210a de electrodo, se utiliza adecuadamente una pasta de plata que no incluye un elemento del grupo III y tiene polvo de plata y frita de vidrio mezclados con un aglutinante orgánico.

Posteriormente, el sustrato se seca en una atmósfera de 100 a 300 °C.

Posteriormente, el sustrato se hornea, por ejemplo, durante 1 segundo a 10 minutos en una atmósfera de aproximadamente 700 a 890 °C. Cuando el primer agente 209a de electrodo y el segundo agente 210b de electrodo se sinterizan mediante este tratamiento térmico, como se muestra en la FIG. 2(g), se forman un electrodo positivo 207 y un electrodo negativo 208 y, además, la película 205 de pasivado es erosionada por el agente de electrodo y ambos electrodos entran en contacto eléctrico con el sustrato 202 de silicio cristalino. La celda solar 201 de contacto posterior de la invención se puede fabricar como se describe anteriormente.

Además, conectando eléctricamente en serie una pluralidad de celdas solares de la invención obtenidas mediante las etapas anteriores, se obtiene un módulo fotovoltaico. La FIG. 4 es un ejemplo de las características en el lado de la superficie que no recibe luz del módulo fotovoltaico 420 de la invención. Un electrodo positivo 407 de una celda solar 401 está conectado eléctricamente a un electrodo negativo 408 de una celda solar adyacente a través de una lengüeta 421, y se conecta el número de celdas solares requeridas para una salida predeterminada. Incidentalmente, el electrodo positivo 407 de una celda solar está conectado con un terminal 422 de electrodo positivo del módulo fotovoltaico 420, y el electrodo negativo 408 de otra celda solar está conectado con un terminal 423 de electrodo negativo del módulo fotovoltaico 420. Aunque no se muestra en la FIG. 4, las celdas solares conectadas se sellan con una cubierta de vidrio, un relleno y, además, una lámina posterior. Como cubierta de vidrio, se utiliza ampliamente un vidrio sódico-cálcico. Además, como relleno se utiliza etilenvinilacetato, poliolefina o silicona, etc. Como lámina posterior, generalmente se adopta una película funcional que utiliza tereftalato de polietileno.

Además, la FIG. 5 muestra las características básicas de un sistema de generación de energía fotovoltaica formado mediante la conexión eléctrica de una pluralidad de los módulos fotovoltaicos anteriores. El sistema 530 de generación de energía fotovoltaica es una pluralidad de módulos fotovoltaicos 520 acoplados en serie mediante cableado 531 y suministra energía generada a un circuito 533 de carga externo mediante un inversor 532. Aunque no se muestra en la FIG. 5, este sistema puede incluir además una batería secundaria que almacena la energía generada.

Ejemplos

De aquí en adelante, la presente invención se describirá más específicamente con referencia a Ejemplos y Ejemplos Comparativos. Sin embargo, la presente invención no se limita a estos ejemplos. En los Ejemplos a continuación, se fabricó una celda solar de contacto posterior usando el método inventivo para fabricar una celda solar.

Ejemplo 1

En primer lugar, en un sustrato de silicio según corte tipo n dopado con fósforo de 150 mm cuadrados, con un grosor de 200 pm y una resistencia específica de 1 Q cm, después de eliminar una capa dañada con una solución acuosa concentrada de hidróxido de potasio caliente, el sustrato se sumergió en una solución acuosa de hidróxido de potasio al 5% a 80 °C durante 20 minutos para formar una textura en forma de pirámide aleatoria y se limpió continuamente en una solución mixta de ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno.

Posteriormente, una mezcla de un compuesto de boro y un aglutinante se recubrió por rotación sobre la superficie posterior del sustrato, y el boro se difundió a través de un tratamiento térmico a 1000 °C durante 30 minutos para formar una región de tipo p. Luego, de forma continua, se realizó un tratamiento térmico de oxidación a 1000 °C durante 2 horas.

Después del tratamiento térmico, la película de óxido en una parte donde se iba a formar una región de tipo n en la superficie posterior del sustrato se eliminó en forma de línea utilizando radiación láser con una longitud de onda de 532 nm.

A continuación, los sustratos se cargaron en una placa de cuarzo de modo que las superficies receptoras de luz de un par de dos sustratos se enfrentaran entre sí y se realizó un tratamiento térmico a 820 °C durante 30 minutos usando oxicloruro de fósforo para formar una región de tipo n.

A continuación, después de sumergir el sustrato en una solución acuosa de HF al 10 % para eliminar una capa de vidrio, se limpió el sustrato sumergiéndolo secuencialmente en una solución mixta de agua con ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno a 80 °C, y una solución acuosa de HF al 2 %, y luego el sustrato se enjuagó con agua pura y luego se secó.

A continuación, en la superficie receptora de luz del sustrato después de la limpieza, se formó un nitruro de silicio con un grosor de película de 90 nm como película anti-reflectante mediante un método CVD de plasma, y en el lado de la superficie que no recibe luz, se formó óxido de aluminio con un grosor de película de 10 nm como una película de pasivado mediante un método de deposición de capa atómica, después de lo cual se estratificó adicionalmente nitruro de silicio con un grosor de película de 90 nm.

Posteriormente, se aplicó a la región de tipo p mediante serigrafía una pasta de plata obtenida mediante la adición de un 10% en masa de polvo de aluminio a una mezcla de polvo de plata y frita de vidrio y mezclado con un aglutinante orgánico y se realizó un secado durante un minuto a 200 °C.

A continuación, se aplicó una pasta de plata sin elementos del grupo III sobre la región de tipo n y la pasta de plata seca se formó sobre la región de tipo p mediante serigrafía y se secó durante un minuto a 200 °C, después de lo cual se realizó un tratamiento térmico adicional durante tres segundos a 800 °C, sinterizando la pasta de plata, y se obtuvo una celda solar.

Finalmente, las características de salida de la celda solar se midieron con pseudo luz solar utilizando una lámpara de xenón como fuente de luz.

Ejemplo 2, no forma parte de la invención reivindicada

En un sustrato de silicio cristalino sobre el que se realizaron los mismos procedimientos que en el Ejemplo 1 hasta la formación de la película de pasivado y la película anti-reflectante, se aplicó una pasta de aluminio obtenida mezclando una mezcla de polvo de aluminio y frita de vidrio con un aglutinante orgánico a una región de tipo p mediante serigrafía, y se realizó el secado durante un minuto a 200 °C.

A continuación, se aplicó una pasta de plata sin elementos del grupo III sobre la región de tipo n y la pasta de aluminio seca se formó sobre la región de tipo p mediante serigrafía y se secó durante un minuto a 200 °C, después de lo cual se realizó un tratamiento térmico durante tres segundos a 800 °C, sinterizando la pasta de plata, y se obtuvo una celda solar.

Ejemplo Comparativo 1

En un sustrato de silicio cristalino sobre el que se realizaron los mismos procedimientos que en el Ejemplo 1 hasta la formación de la película de pasivado y la película anti-reflectante, se aplicó una pasta de plata obtenida añadiendo 10% en masa de polvo de aluminio a una mezcla de polvo de plata y frita de vidrio y mezclando con un aglutinante orgánico a una región de tipo p mediante serigrafía, y se secó durante un minuto a 200 °C.

A continuación, se aplicó una pasta de plata sin elementos del grupo III sobre la región de tipo n mediante serigrafía y se secó durante un minuto a 200 °C, después de lo cual se realizó un tratamiento térmico durante tres segundos a 800 °C, sinterizando la pasta de plata, y se obtuvo una celda solar.

Las características de las celdas solares en los Ejemplos 1,2 y el Ejemplo Comparativo 1 anteriores se muestran en la Tabla 1 a continuación. En la Tabla 1, Jsc indica una corriente de cortocircuito, Voc indica una tensión a circuito abierto, FF indica un factor de llenado y Eff. Indica la eficiencia de conversión. En la celda solar de la invención, se redujo la pérdida de resistencia en el electrodo positivo y se mejoró el factor de llenado (FF), y se mostró una eficiencia de conversión superior a la del Ejemplo Comparativo.

Los resultados de los Ejemplos y del Ejemplo Comparativo se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1

Cabe señalar que la presente invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente. Las realizaciones son solo ejemplos, y cualquier ejemplo que caiga dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente invención está incluido en el alcance de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una celda solar que es una celda solar (101) de contacto posterior que tiene, en una primera superficie principal de un sustrato (102) de silicio cristalino, una región (103) de tipo p que tiene un conductor tipo p y una región (104) de tipo n que tiene un conductor tipo n, y que está provista de un electrodo positivo (107) formado en la región de tipo p y un electrodo negativo (108) formado en la región de tipo n, en donde

el electrodo positivo comprende un conductor estratificado (111) de un primer conductor eléctrico (109) que está formado sobre la región de tipo p y que incluye un elemento del grupo III y un segundo conductor eléctrico (110) que está estratificado sobre el primer conductor eléctrico y que tiene una relación de contenido del elemento del grupo III menor que el primer conductor eléctrico, y

el electrodo negativo comprende el segundo conductor eléctrico formado en la región de tipo n, caracterizada por que el primer conductor está compuesto principalmente de plata.

2. La celda solar según la reivindicación 1, en la que se proporciona además una película (105) de pasivado formada sobre las superficies de la región de tipo p y la región de tipo n donde no están formados el electrodo positivo y el electrodo negativo.

3. Un módulo fotovoltaico (420) que comprende celdas solares según la reivindicación 1 o 2 conectadas eléctricamente entre sí.

4. Un sistema (530) de generación de energía fotovoltaica que comprende una pluralidad de módulos fotovoltaicos según la reivindicación 3 conectados eléctricamente entre sí.

5. Un método para fabricar una celda solar que comprende las etapas de:

formar, sobre una primera superficie principal de un sustrato de silicio cristalino, una región de tipo p que tiene un tipo conductor p y una región de tipo n que tiene un tipo conductor n,

formar, en la región de tipo p, un primer conductor eléctrico que está compuesto principalmente de plata y que incluye un elemento del grupo III, y

formar, tanto en el primer conductor eléctrico como en la región de tipo n, un segundo conductor eléctrico que tiene una relación de contenido del elemento del grupo III menor que el primer conductor eléctrico, en donde

mediante la etapa de formar el primer conductor eléctrico y la etapa de formar el segundo conductor eléctrico, se forman un electrodo positivo que comprende un conductor estratificado del primer conductor eléctrico y el segundo conductor eléctrico y un electrodo negativo que comprende el segundo conductor eléctrico.

6. El método para fabricar una celda solar según la reivindicación 5, en el que la etapa de formar el primer conductor eléctrico y la etapa de formar el segundo conductor eléctrico comprenden una etapa de serigrafía o de formación por dispensación de un agente de electrodo.

7. El método para fabricar una celda solar según la reivindicación 5 o 6 que comprende además, antes de la etapa de formar el primer conductor eléctrico y la etapa de formar el segundo conductor eléctrico, una etapa de formación, sobre una superficie de la región de tipo p y de la región de tipo n, una película de pasivado, en la que

en la etapa de formación del primer conductor eléctrico, el primer agente de electrodo que incluye un elemento del grupo III se aplica sobre la región de tipo p a través de la película de pasivado,

en la etapa de formación del segundo conductor eléctrico, se aplica un segundo agente de electrodo que tiene una relación de contenido del elemento del grupo III menor que el primer agente de electrodo tanto sobre el primer agente de electrodo como sobre la región de tipo n a través de la película de pasivado, y después de la etapa de formación del segundo conductor eléctrico, sinterizando el primer agente de electrodo y el segundo agente de electrodo, se forman el electrodo positivo y el electrodo negativo.