ES2338822T3 - Metodo para fabricar un elemento fotovoltaico con rendimiento estabilizado. - Google Patents
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Abstract
Método para fabricar un elemento fotovoltaico con rendimiento estabilizado, que comprende las siguientes etapas: proporcionar un sustrato de silicio que contiene oxígeno, dopado con boro; formar una capa emisora sobre una superficie del sustrato de silicio; formar contactos eléctricos sobre el sustrato de silicio; en el que el método comprende además una etapa de tratamiento de estabilización, que comprende: mantener la temperatura del sustrato durante un tiempo de tratamiento dentro de un intervalo seleccionable de temperaturas que tiene un límite de temperatura inferior de 50ºC y un límite de temperatura superior de 230ºC y generar portadores de carga minoritarios en exceso en el sustrato de silicio durante el tiempo del tratamien- to; en el que la etapa de generar portadores minoritarios en exceso conlleva la aplicación de un voltaje eléctrico externo a los contactos; en el que el tiempo de tratamiento t en minutos durante el cual el sustrato se mantiene dentro del intervalo seleccionable de temperaturas viene dado por: **(Ver fórmula)** en la que T es la temperatura media del intervalo seleccionable de temperaturas en ºC durante el tiempo de tratamiento, y es la densidad de corriente a través del elemento fotovoltaico producida por el voltaje aplicado, en A/cm2, y a = 4,247 * 10-14, b = 0,00286, c = 0,887 y x = 12.550, preferentemente a = 3,272 * 10-14, b = 0,00352, c = 0,934 y x = 12.800.
Description
Método para fabricar un elemento fotovoltaico
con rendimiento estabilizado.
La presente invención se refiere a un método
para fabricar un elemento fotovoltaico con rendimiento
estabilizado. En particular, la presente invención se refiere a un
método para fabricar una célula solar basada en un sustrato de
silicio que contiene oxígeno, dopado con boro, o un módulo
fotovoltaico en el que se encapsulan dichas células solares.
Las células solares se usan para convertir luz
directamente en energía eléctrica. Con este fin, en un
semiconductor de tipo p ó n se forma una región que presenta el
dopaje correspondientemente opuesto. Se produce una unión pn. Al
exponerla a la luz, se producen pares de portadores de carga,
quedando separados espacialmente los mismos por el gradiente de
potencial formado por la unión pn. A continuación, los portadores
de carga separados de esta manera se pueden difundir hacia una
superficie de la célula solar y se pueden suministrar a un circuito
externo mediante contactos metálicos formados en el mismo.
El silicio cristalino es un semiconductor usado
frecuentemente para fabricar células solares. Se distingue entre
silicio multicristalino (o policristalino) y monocristalino. Como el
silicio monocristalino no tiene límites de grano que actúan como
impurezas y, por lo tanto, sirven como centros de recombinación, el
mismo presenta una calidad de material mayor en comparación con el
silicio multicristalino, dando como resultado un mayor rendimiento
potencial para células solares fabricadas a partir del mismo. No
obstante, como consecuencia de las etapas adicionales del proceso,
que consumen mucha energía, requeridas para estirar el monocristal
de silicio, los costes de fabricación para el silicio monocristalino
son más altos en comparación con el silicio multicristalino.
En la actualidad, se usan principalmente dos
métodos de estirado del cristal para fabricar silicio
monocristalino. Las obleas de silicio fabricadas con el método de la
zona flotante (FZ) presentan la calidad más alta aunque son las más
caras y se usan principalmente en el campo de la electrónica. El
método Czochralski (Cz) es menos caro y, por lo tanto, resulta
adecuado para ser usado para la producción en serie de células
solares. En el método Czochralski, se funde silicio en un crisol. Se
hace que un cristal semilla de un monocristal entre en contacto con
la masa fundida y a continuación el mismo se estira hacia arriba
separándolo lentamente de la masa fundida. En este caso, silicio de
la masa fundida cristaliza sobre la superficie del cristal (semilla)
y se forma un monocristal cilíndrico, el cual puede tener
típicamente un diámetro de hasta 30 cm y una longitud de varios
metros. A continuación, este monocristal se corta en obleas de un
grosor de aproximadamente entre 200 y 300 \mum.
En la actualidad, el silicio de Cz del tipo
semiconductor p que se usa para fabricar células solares se dopa
habitualmente con boro debido a ventajas en la tecnología del
proceso. Con este fin, durante el método Cz se disuelve boro en la
masa fundida de silicio. Como consecuencia de su buen comportamiento
en cuanto a solubilidad, el boro llega a incorporarse en el cristal
de silicio estirado de la masa fundida. Se obtiene un cristal de
silicio dopado con boro, en gran medida homogéneo.
En el método Cz convencional, frecuentemente se
disuelve oxígeno en la masa fundida de silicio, que ha sido
liberado del crisol el cual consta frecuentemente de cuarzo (óxido
de silicio). El oxígeno se incorpora de modo similar en el cristal
de silicio.
Cuando se ilumina una célula solar fabricada a
partir de silicio de Cz y/o se aplica un voltaje externo a la
misma, se generan en ella portadores minoritarios en exceso y en la
misma fluye una corriente eléctrica. En este caso, los átomos de
oxígeno incorporados al silicio junto con los átomos de boro usados
para el dopaje parecen formar defectos que pueden actuar como
impurezas eléctricamente activas y pueden influir negativamente en
las propiedades eléctricas de la célula solar. Como consecuencia de
la formación de dichos defectos, la calidad del material del
sustrato de silicio de Cz se deteriora durante las primeras horas de
funcionamiento de la célula solar y el rendimiento de la célula
solar cae hasta que alcanza la saturación en un cierto valor final.
Este fenómeno se designa como "degradación inducida por
portadores" del silicio de Cz, fue descubierto en 1972 y ha sido
objeto de investigaciones exhaustivas hasta el momento actual.
Con una concentración ventajosa de boro de
aproximadamente 1 * 10^{16} cm^{-3} y una concentración típica
de oxígeno en el silicio de Cz de entre 5 y 10 *10^{17} cm^{-3},
el rendimiento de una célula solar en condiciones de funcionamiento
se degrada típicamente hasta en un 3% absoluto en unas pocas horas.
Una pérdida de un 1% absoluto observada frecuentemente en células
solares de silicio de Cz ya representa una pérdida de más del 6%
relativo a un rendimiento del 16,5%, que es típico de células
solares fabricadas industrialmente basadas en silicio de Cz antes
de la degradación. La degradación, y por lo tanto la pérdida de
rendimiento durante el funcionamiento inicial de las células
solares, es mayor cuanto más elevada sea la concentración de boro
y/u oxígeno.
El documento "Rapid Thermal Processing of
Silicon solar cells-Passivation and diffusion" de
Ji Youn Lee, PHD Thesis, Fraunhofer Instituí für Solare
Energysysteme, Freiburg, 2003, describe un método para realizar
tratamientos térmicos de células solares de silicio.
Hasta el momento en la técnica anterior, se
conocen sustancialmente dos planteamientos generales sobre cómo se
puede reducir o evitar la degradación. El primer planteamiento se
basa en minimizar la contaminación de oxígeno de las masas fundidas
de silicio durante el método Cz. Con este fin, se desarrolló el
denominado método MCz
(Czochralski Magnético) con el cual, mediante tecnología compleja de campos magnéticos, se evita el contacto entre la masa fundida de silicio y el crisol de cuarzo durante la producción del cristal, dando como resultado una reducción del contenido de oxígeno y, por lo tanto, una disminución de la degradación. No obstante, como consecuencia de la fabricación más compleja, el silicio de MCz resulta considerablemente más caro que el silicio de Cz normal.
(Czochralski Magnético) con el cual, mediante tecnología compleja de campos magnéticos, se evita el contacto entre la masa fundida de silicio y el crisol de cuarzo durante la producción del cristal, dando como resultado una reducción del contenido de oxígeno y, por lo tanto, una disminución de la degradación. No obstante, como consecuencia de la fabricación más compleja, el silicio de MCz resulta considerablemente más caro que el silicio de Cz normal.
El otro planteamiento se basa en la reducción de
la concentración de boro en el cristal de silicio. Los cálculos han
mostrado que se puede lograr un rendimiento óptimo para la célula
solar usando un sustrato de silicio que tenga una concentración de
boro de aproximadamente 1 * 10^{16} cm^{-3}. Para reducir la
degradación considerable que se produce con esta concentración de
boro, en la producción industrial de células solares se usan
frecuentemente en el momento actual sustratos de silicio de Cz que
tienen una concentración de boro inferior. Como consecuencia, se
reduce la degradación y aunque el rendimiento de la célula solar
directamente después de su fabricación es menor que el
correspondiente a un dopaje de aproximadamente 1 * 10^{16}
cm^{-3}, se puede lograr un rendimiento estable mayor después de
la degradación.
Para evitar completamente el problema de la
degradación, actualmente también se están realizando intentos de
sustituir el boro por otros dopantes tales como, por ejemplo, galio.
No obstante, como consecuencia de su comportamiento en cuanto a
solubilidad en silicio, el galio presenta la desventaja decisiva de
que es extremadamente difícil lograr una distribución homogénea en
el cristal completo. De este modo, se deberían esperar cantidades
elevadas de rechazos a escala industrial de manera que esta variante
no se puede considerar industrialmente viable hasta el momento.
Otro procedimiento conlleva el uso de fósforo
como dopante y, por lo tanto, el uso de silicio de tipo n como
material del sustrato. No obstante, dicho material de sustrato es
inhabitual en la industria fotovoltaica existente y requeriría una
modificación del proceso completo de producción.
Se ha establecido que la degradación del silicio
de Cz es reversible mediante una etapa denominada de recocido. En
dicha etapa de recocido, la oblea de silicio de Cz ó la célula solar
ya procesada se calienta durante unos pocos minutos a temperaturas
del orden de aproximadamente 230ºC. Se observó que, a través de
dicha etapa de recocido, se puede lograr nuevamente el rendimiento
original de la célula solar o la longitud de difusión original de
los portadores minoritarios en el sustrato de silicio antes de la
degradación. Los defectos de boro-oxígeno formados
durante la degradación aparentemente se disuelven como consecuencia
de la etapa de recocido. De este modo, se habla de defectos
metaestables. No obstante, se observó que una célula solar recocida
se degrada nuevamente al situarse bajo iluminación o cuando fluye
una corriente a través de la célula, es decir, bajo condiciones
tales como las que se producen de forma convencional, por ejemplo,
durante el funcionamiento de la célula solar. De este modo, el
estado recocido parece no ser estable en una célula solar bajo
condiciones de funcionamiento.
Para obtener una visión general de los efectos
observados hasta el momento en relación con la degradación y de los
intentos de soluciones de evitar esto aplicados hasta el momento, se
hace referencia a Progress in Photovoltaics: Research and
Applications, 2000; 8; 537-547.
Puede que exista una necesidad de evitar los
problemas antes descritos. Particularmente, puede que exista una
necesidad de proporcionar un método para fabricar un elemento
fotovoltaico, en el que se pueda estabilizar a un nivel elevado el
rendimiento del elemento fotovoltaico.
Esta necesidad se puede satisfacer con un método
según se define en las reivindicaciones 1, 5, 11 y 12. En las
reivindicaciones dependientes se especifican realizaciones
ventajosas.
Se propone un método para fabricar un elemento
fotovoltaico tal como, por ejemplo, una célula solar individual o
un módulo completo de células solares, que comprende las siguientes
etapas: preparar un sustrato de silicio que contenga oxígeno,
dopado con boro, y formar una capa emisora sobre una superficie del
sustrato de silicio. De este modo, el método según la invención
está caracterizado porque comprende una etapa adicional de
tratamiento de estabilización, que comprende mantener la temperatura
del sustrato durante un tiempo de tratamiento dentro de un
intervalo seleccionare de temperaturas y generar portadores de carga
minoritarios en exceso en el sustrato de silicio durante el tiempo
de tratamiento. El intervalo de temperaturas en este caso tiene un
límite inferior de temperatura de aproximadamente 50ºC y un límite
superior de temperatura de aproximadamente 230ºC.
El sustrato de silicio usado en el método según
la invención puede ser una oblea de silicio de Cz que, por ejemplo,
esté dopada con boro con una concentración de aproximadamente entre
1 * 10^{16} cm^{-3} y 3 * 10^{16} cm^{-3}. Dependiendo de
la fabricación, dicha oblea presenta una concentración específica
de oxígeno de, por ejemplo, entre 5 * 10^{16 }cm^{-3} y 3 *
10^{18} cm^{-3}. No obstante, también se pueden usar otros
sustratos de silicio que contengan oxígeno, dopados con boro, tales
como, por ejemplo, obleas de silicio multicristalino o capas de
silicio depositadas desde la fase gaseosa o líquida sobre un
sustrato de soporte.
Para producir el gradiente de potencial
requerido para la separación de los portadores de carga en una
célula solar, según la invención se forma un emisor sobre la
superficie del sustrato de silicio. Esta es una región que
habitualmente comprende un tipo de semiconductor opuesto al tipo de
semiconductor del sustrato. El silicio dopado con boro es
habitualmente un semiconductor de tipo p. Se puede lograr la
formación de una capa emisora sobre una superficie del sustrato,
por ejemplo, mediante difusión interna superficial de un dopante de
tipo n tal como, por ejemplo, fósforo hacia el sustrato. Dicha
difusión se lleva a cabo típicamente a temperaturas por encima de
800ºC. No obstante, también es posible usar otros métodos para
producir una capa dopada tipo n. Por ejemplo, sobre la superficie
del sustrato se puede depositar una capa adicional dopada tipo n
desde una fase gaseosa o líquida. Además, la capa no debe cubrir
completamente la superficie de sustrato. Puede ser suficiente si
solamente se cubre con la capa dopada tipo n una región parcial de
la superficie del sustrato en la parte frontal y/o posterior del
sustrato de silicio.
Alternativamente, el sustrato de silicio dopado
con boro también puede ser un semiconductor de tipo n, por ejemplo,
si el mismo se compensa en exceso con fósforo. En este caso, el
emisor es una región dopada tipo p y se puede producir, por
ejemplo, mediante difusión interna o aleación interna de boro o
aluminio. También se puede dar el caso de que el emisor y el
sustrato sean del mismo tipo de semiconductor, por ejemplo, si las
dos regiones tienen estructuras de bandas altamente diferentes de
manera que se establezca un doblamiento de bandas en su interfaz,
que produzca el gradiente de potencial deseado.
Se pueden generar portadores minoritarios en
exceso en el sustrato de silicio durante la etapa del tratamiento
de estabilización de varias maneras, según se describe
detalladamente más adelante. Por ejemplo, además de la
concentración de portadores en equilibrio que depende principalmente
de la concentración de dopante, se pueden generar portadores
minoritarios en exceso en el sustrato de silicio del tipo p en el
que haya disponibles electrones como portadores minoritarios,
mediante exposición a luz o produciendo una corriente a través del
elemento fotovoltaico por aplicación de un voltaje externo.
Al mismo tiempo, es decir, dentro del tiempo de
tratamiento, la temperatura del sustrato se debe mantener dentro
del intervalo antes mencionado de temperaturas. Al aumentar el
tiempo de tratamiento, aumenta sucesivamente el efecto de
estabilización del rendimiento. Cuanto mayor sea el tiempo de
tratamiento, más elevado será el rendimiento en el que permanece
estable el elemento fotovoltaico en un funcionamiento posterior. En
este contexto, parece que no es significativo si el tiempo de
tratamiento se interrumpe temporalmente. Por ejemplo, la iluminación
del sustrato o la aplicación del voltaje externo usado para generar
los portadores minoritarios en exceso se puede interrumpir
temporalmente y restablecer en un momento posterior. La temperatura
también se puede reducir temporalmente por debajo de 50ºC. Para el
efecto logrado de estabilización del rendimiento es importante
únicamente la duración completa del tratamiento durante el cual el
sustrato se mantiene en el intervalo de temperaturas y se generan
portadores minoritarios en exceso en el sustrato.
Se ha establecido que el efecto deseado de
estabilización del rendimiento del elemento fotovoltaico que se va
a lograr con el método según la invención se puede lograr con
temperaturas crecientes del sustrato dentro de un tiempo de
tratamiento más breve. De este modo, el límite inferior de la
temperatura se selecciona preferentemente como 90ºC, más
preferentemente 130ºC, todavía más preferentemente 160ºC. Se ha
establecido además que a medida que la temperatura se aproxima a un
límite superior de 230ºC, se reduce el efecto de estabilización del
rendimiento. De este modo, el límite de temperatura superior del
intervalo de temperaturas se selecciona preferentemente como 210ºC,
más preferentemente 190ºC y todavía más preferentemente 180ºC.
Según un aspecto, el método comprende además una
etapa de formación de contactos eléctricos sobre el sustrato de
silicio, en el que la etapa de generación de portadores minoritarios
en exceso conlleva la aplicación de un voltaje eléctrico externo a
los contactos. En otras palabras, se forman contactos eléctricos en
la célula solar a fabricar y los mismos se usan a continuación a su
vez para aplicar un voltaje a la célula solar. El voltaje se aplica
preferentemente en la dirección de conducción de la unión pn formada
con el sustrato de silicio y la capa dopada tipo n. Como
consecuencia del voltaje aplicado, se inyectan por lo tanto
portadores minoritarios a través de la región de carga espacial de
la unión pn hacia la región del tipo de semiconductor
respectivamente opuesto. El efecto de estabilización del rendimiento
del método según la invención aumenta al aumentar el voltaje en la
dirección de conducción. El voltaje se puede seleccionar de manera
que sea mayor que 0,4 Voltios, preferentemente mayor que el voltaje
en el que la célula solar presenta su punto de potencia máxima en
el funcionamiento normal, por ejemplo, mayor que 0,6 Voltios, y más
preferentemente mayor que el voltaje de circuito abierto de la
célula solar en funcionamiento normal, por ejemplo, mayor que 0,7
Voltios. En relación con esto, el funcionamiento normal de la
célula solar debería interpretarse como funcionamiento bajo
condiciones normalizadas (25ºC, iluminación con un espectro AM
1,5).
Preferentemente, el sustrato de silicio no se
ilumina sustancialmente durante la aplicación del voltaje externo,
es decir, en la realización previamente descrita en la que se
inyectan portadores minoritarios en exceso por medio de una
corriente producida al aplicar un voltaje externo, la etapa de
tratamiento de estabilización se puede llevar a cabo a oscuras. Es
suficiente con calentar las células solares ya provistas de
contactos en el intervalo deseado de temperaturas y aplicar un
voltaje externo a los contactos. De este modo, para esta
realización no se necesita ningún equipo caro que requiera una
cantidad elevada de espacio. Las células solares se pueden apilar
una sobre otra de manera que se ahorre espacio, en una sala
controlada adecuadamente por temperatura, y simplemente es
necesario conectarlas a una fuente de voltaje económica.
El método es particularmente ventajoso si se
aplica a módulos fotovoltaicos que ya han sido conectados. En este
caso, una pluralidad de células solares se interconecta de forma
general dentro del módulo, parcialmente en serie y parcialmente en
paralelo. El propio módulo puede tener contactos eléctricos con los
que contacte fácilmente desde el exterior. Consecuentemente, es
suficiente con conectar el módulo completo a una fuente de voltaje
externa cuyo voltaje se corresponda con el voltaje deseado a aplicar
a una célula individual multiplicado por el número de células
solares conectadas en serie dentro del módulo. De este modo, es
posible una realización del presente método según la invención, de
interés económico particular, con la cual módulos solares listos
para funcionar, acabados, se someten a la etapa de tratamiento de
estabilización antes de ser entregados finalmente a los
consumidores finales almacenándolos, por ejemplo, en una sala
controlada adecuadamente por temperatura, mientras se aplica el
voltaje correspondiente durante un tiempo de tratamiento
predeterminado. De este modo, los costes en los que se incurre,
además de los de un método de fabricación normal para módulos
solares, mediante la etapa de tratamiento de estabilización según
la invención, son mínimos. Así, el método según la invención es
económico ya que se puede lograr un rendimiento estable para los
módulos solares fabricados, con un aumento mínimo de los costes,
que es aproximadamente entre un 0,5 y un 2% absoluto mayor a largo
plazo en comparación con módulos solares convencionales que se
degradan notablemente en las primeras horas de funcionamiento.
Según otra realización del método de acuerdo con
la invención, la etapa de generación de portadores minoritarios en
exceso comprende iluminar el sustrato de silicio. Por ejemplo, el
sustrato de silicio se puede iluminar desde el lado que actúa como
lado encarado al sol en la célula solar acabada. Si la energía
fotónica de la luz usada para la iluminación es mayor que la banda
de energía prohibida del silicio, mediante la iluminación se
generan portadores minoritarios en exceso en el silicio. La
iluminación se lleva a cabo preferentemente usando luz a una
longitud de onda menor que 1.180 nm y que tenga una intensidad de
radiación mayor que 1.000 W/m^{2}. De este modo, para la
iluminación se pueden usar lámparas convencionales tales como
lámparas halógenas.
En esta realización, no es necesario, para el
método según la invención, que se haga contacto eléctricamente con
el sustrato de silicio. La etapa de tratamiento de estabilización se
puede llevar a cabo, por ejemplo, antes de que se apliquen los
contactos eléctricos a la célula solar. No obstante, en este caso,
se debe tener cuidado en garantizar que, durante la metalización
posterior, no se usen temperaturas sustancialmente mayores que
200ºC, las cuales podrían anular el efecto de estabilización. Por
ejemplo, la metalización se podría llevar a cabo mediante
deposición de vapor de contactos metálicos.
El tiempo de tratamiento t, medido en minutos,
durante el cual el sustrato se mantiene dentro del intervalo
seleccionare de temperaturas se selecciona de acuerdo con las
siguientes condiciones:
en la que T es la temperatura media
del intervalo seleccionare de temperaturas en grados centígrados
durante el tiempo de tratamiento, a, b, c y x son
constantes.
Para el caso en el que la etapa de tratamiento
de estabilización se lleva a cabo mientras se aplica un voltaje
externo sin iluminar el elemento fotovoltaico, y es la densidad de
corriente correspondiente a la corriente producida en la célula en
A/cm^{2}. El tiempo de tratamiento t se selecciona preferentemente
de manera que satisfaga la ecuación anterior para a = 4,247 *
10^{-14}, b = 0,00286, c = 0,887 y x = 12.550. Experimentos
efectuados por el solicitante han revelado que, con este tiempo de
tratamiento mínimo, se logra la suficiente estabilización del
rendimiento del elemento voltaico. En comparación con una célula
solar no estabilizada, degradada, convencional, dicha célula solar
estabilizada tiene un voltaje de circuito abierto que se incrementa
en aproximadamente el 50% del aumento máximo del voltaje de circuito
abierto obtenible mediante recocido. Se logra todavía una mejor
estabilización del rendimiento si el tiempo de tratamiento se
selecciona para que sea mayor de manera que se satisfaga la
desigualdad anterior para a = 3,272 * 10^{-14}, b = 0,00352, c =
0,934 y x = 12.800. De este modo se puede lograr un aumento de
aproximadamente el 75% en el voltaje de circuito abierto.
Para el otro caso en el que la etapa de
tratamiento de estabilización se lleva a cabo iluminando el
elemento fotovoltaico y sin aplicar un voltaje externo, y es la
intensidad de iluminación en kW/m^{2}. El tiempo de tratamiento t
se selecciona preferentemente de manera que satisfaga la ecuación
anterior de, por ejemplo, la reivindicación 1 para a = 2,298 *
10^{-11}, b = 0,399, c = 1,722 y x = 11.100. Experimentos
efectuados por el solicitante han revelado que, con este tiempo de
tratamiento mínimo, se logra una estabilización suficiente del
rendimiento del elemento fotovoltaico. En comparación con una célula
solar no estabilizada, degradada, convencional, dicha célula solar
estabilizada presenta un voltaje de circuito abierto que se
incrementa en aproximadamente el 50% del aumento máximo del voltaje
de circuito abierto obtenible mediante recocido. Se logra todavía
una mejor estabilización del rendimiento si el tiempo de tratamiento
se selecciona para que sea mayor de manera que se satisfaga la
desigualdad anterior para a = 5,355 * 10^{-11}, b = 0,355, c =
1,349 y x = 11.000. De este modo se puede lograr un aumento de
aproximadamente el 75% en el voltaje de circuito abierto.
Tal como ya se ha mencionado, el efecto de
estabilización del rendimiento del método aumenta al aumentar el
tiempo de tratamiento. Los límites especificados para el tiempo de
tratamiento t tienden a ser límites determinados económicamente en
lugar de límites determinados técnicamente, y se seleccionaron de
manera que se pueda lograr el mejor efecto posible de
estabilización del rendimiento dentro de un tiempo de tratamiento
que sea aceptable desde el punto de vista económico. Estudios
llevados a cabo por el solicitante han revelado que se puede lograr
una estabilización satisfactoria del rendimiento a temperaturas de
tratamiento seleccionadas de manera que sean correspondientemente
altas, por ejemplo, por encima de 140ºC con tiempos de tratamiento
de 30 minutos o, a temperaturas incluso mayores, 20 minutos.
Desde el punto de vista económico, es deseable
que el tiempo de tratamiento sea lo más breve posible. Una
prolongación de la etapa de estabilización sigue produciendo una
ligera mejora en el rendimiento estabilizado pero la misma ya no es
proporcional al incremento de costes en los que se incurre de esta
manera. Por lo tanto, es preferible seleccionar el tiempo de
tratamiento de manera que sea menor que un día, preferentemente
menor que cinco horas y todavía más preferentemente menor que una
hora.
Según otra realización, el método según la
invención comprende una última etapa del proceso de alta
temperatura con temperaturas del proceso por encima de 230ºC, en el
que la etapa de tratamiento de estabilización viene a continuación
de la etapa del proceso de alta temperatura. La etapa del proceso de
alta temperatura puede ser cualquier etapa del proceso tal como la
que se usa habitualmente en la fabricación de elementos
fotovoltaicos, en particular células solares. Por ejemplo, puede
comprender la etapa de difusión antes mencionada para formar la
capa dopada tipo n. No obstante, en la mayoría de los casos, esta
etapa de difusión no es la última etapa de alta temperatura del
proceso. A continuación pueden venir otros procesos en los que, por
ejemplo, una etapa de proceso de metalización, en la que se aplican
contactos metálicos al sustrato de silicio y a continuación los
mismos se someten a cocción, puede ser la última etapa del proceso
de alta temperatura. En la producción industrial de células
solares, frecuentemente se imprimen contactos metálicos sobre el
sustrato de silicio usando una pasta que contiene metal, en el
método de serigrafía, y los mismos se someten a cocción en el
sustrato a temperaturas por encima de 600ºC. Según los conocimientos
actuales, para el funcionamiento del método según la invención, es
decir, para la estabilización del rendimiento, es necesario o por lo
menos favorable que la etapa de mantener el sustrato en el
intervalo elevado de temperaturas y generar simultáneamente
portadores minoritarios en exceso se lleve a cabo después de una
etapa última del proceso de alta temperatura ya que otra etapa del
proceso de alta temperatura, es decir, el calentamiento del sustrato
a más de 230ºC, podría anular el efecto de estabilización del
rendimiento logrado con el tratamiento. No obstante, no es
importante que el tiempo de tratamiento venga directamente a
continuación de la última etapa de alta temperatura. Después de la
última etapa de alta temperatura, se pueden llevar a cabo
inicialmente otras etapas cualesquiera a otra temperatura por
debajo de 200ºC, por ejemplo, antes de que la temperatura del
sustrato se fije al intervalo de temperaturas antes mencionado y se
generen los portadores minoritarios en exceso.
Según otra realización, el método según la
invención comprende una etapa de encapsulado del sustrato de
silicio en un módulo, en el que la etapa de tratamiento de
estabilización viene a continuación de la etapa de encapsulación.
En otras palabras, el método se usa para fabricar un módulo de
células solares en el que las células solares listas para
funcionar, ya procesadas, se encapsulan en un módulo antes de que
las mismas se sometan al tratamiento a temperatura elevada y a la
generación de portadores minoritarios en exceso.
Esta realización tiene la ventaja de que la
etapa del tratamiento de estabilización se puede llevar a cabo
simultáneamente para una pluralidad de células solares. No obstante,
se debe tener cuidado en garantizar que el intervalo de
temperaturas se seleccione adecuadamente dentro de la etapa de
tratamiento de estabilización, es decir, que el módulo no sufra
desperfectos. Por ejemplo, por encima de una temperatura de 180ºC,
el cableado usado para conectar las células solares individuales
puede llegar a soltarse ya que la soldadura usada se licua.
Temperaturas por encima de aproximadamente 140ºC pueden provocar
desperfectos en el módulo ya que la película laminada de EVA usada
frecuentemente sufre desperfectos por encima de dicha
temperatura.
Según otro aspecto de la invención, se propone
un método para estabilizar el rendimiento de un elemento
fotovoltaico que comprende un sustrato de silicio que contiene
oxígeno, dopado con boro. En este caso, un elemento fotovoltaico
convencional acabado, por ejemplo, una célula solar o un módulo
solar completo, se somete a la etapa de tratamiento de
estabilización descrita anteriormente y, de este modo, se estabiliza
en un rendimiento que se corresponde aproximadamente con el
rendimiento que se logra mediante el recocido. Las características
de las realizaciones previamente descritas del método de fabricación
también se pueden aplicar apropiadamente a este método de
estabilización.
Con métodos como los propuestos en el presente
documento, se puede obtener un elemento fotovoltaico que comprende
un sustrato de silicio que contiene oxígeno, dopado con boro, y que
presenta un estado estabilizado en cuanto a rendimiento, en el que
el elemento fotovoltaico presenta un rendimiento elevado tal como el
que se puede lograr mediante recocido, en el que el rendimiento de
la célula solar cae en menos de un 5% relativamente,
preferentemente menos de un 2% relativamente, bajo iluminación.
Los expertos en la materia deducirán, a partir
de la siguiente descripción de realizaciones preferidas y las
figuras adjuntas, otros detalles, características y ventajas de la
invención.
La figura 1 muestra un modelo de tres estados
con el que se puede explicar el modo de funcionamiento del método
según la invención.
La Figura 2 muestra una gráfica que proporciona
los resultados de mediciones referentes al cambio del rendimiento
absoluto de una célula solar fabricada según la invención, en
función del tiempo de tratamiento de la etapa de tratamiento de
estabilización a varias temperaturas de tratamiento entre 45ºC y
85ºC cuando se induce una corriente en la célula solar a
oscuras.
La Figura 3 muestra una gráfica que proporciona
los resultados de mediciones referentes al cambio del rendimiento
de una célula solar fabricada según la invención, en función del
tiempo de tratamiento de la etapa de tratamiento de estabilización
a una temperatura de tratamiento de 120ºC y bajo una iluminación de
aproximadamente 1.000 W/m^{2} sin aplicar un voltaje externo.
A continuación, en el presente documento se
expondrá, en referencia a la Figura 1, un modelo que se puede usar
para sustanciar el efecto de estabilización del rendimiento, logrado
con el método según la invención. No obstante, se indica que las
relaciones causales exactas que dan como resultado la estabilización
del rendimiento lograda con el método según la invención no fueron
interpretadas todavía de forma detallada en el momento de redactar
la presente solicitud de patente. El modelo propuesto y los
resultados de mediciones ofrecidos para respaldar el mismo no
deberían, por lo tanto, limitar en modo alguno el ámbito de
protección según definen las reivindicaciones adjuntas.
Hasta el momento, se conocían dos estados
diferentes para silicio de Cz, que contenía oxígeno, dopado con
boro, en un modelo simplificado. Al primer estado, mostrado como (A)
en la Fig. 1, se le designa en lo sucesivo como "estado
recocido". En este estado, parece que no hay impurezas, o que hay
muy pocas, provocadas por boro y oxígeno, que promuevan la
recombinación y, por lo tanto, provoquen un deterioro en el
rendimiento de una célula solar, o estas impurezas están
eléctricamente inactivas. En el estado (A), oxígeno contenido en el
cristal de silicio actúa solamente de forma débil como centro activo
de recombinación. Como el estado (A) se mide de forma habitual
directamente después del recocido, es decir, un tratamiento térmico
a oscuras que corrige la degradación, al mismo se le designa como
"recocido".
Al segundo estado, mostrado como (B) en la Fig.
1, se le designa como "estado degradado". La degradación se
activa supuestamente por la formación de un defecto en el que se
forman complejos a partir de oxígeno intersticial y boro
sustitutivo. La formación de complejos de
boro-oxígeno tiene lugar bajo iluminación o bajo un
flujo de corriente en particular a temperaturas por debajo de 50ºC,
tales como las que se producen típicamente durante el
funcionamiento normal de una célula solar. Por contraposición al
estado (A), el estado degradado (B) presenta impurezas de
recombinación fuertemente activas las cuales reducen decisivamente
la longitud de difusión efectiva de los portadores minoritarios y,
por lo tanto, son responsables del deterioro de las propiedades
eléctricas de la célula solar.
Estudios efectuados por el solicitante de la
presente solicitud de patente sugieren que, además de estos dos
estados conocidos, existe también otro estado (C) en el silicio de
Cz. A este estado se le asignará en lo sucesivo como "estado
regenerado". En este estado, tal como en el estado (A), parece
que no hay centros de recombinación activos, o que hay muy pocos, o
los mismos están eléctricamente inactivos. Por contraposición al
estado recocido (A), el estado regenerado (C), según hallazgos
realizados hasta el momento, es estable en el tiempo durante el
funcionamiento posterior de la célula solar bajo iluminación o bajo
un flujo de corriente.
El método según la invención muestra una manera
de transferir el elemento fotovoltaico desde el estado degradado
(B) al estado regenerado (C) en el que las propiedades eléctricas de
la célula solar se recuperan nuevamente hasta un nivel que se
corresponde sustancialmente con el estado inicial o recocido
(A).
La suposición de un tercer estado adicional, es
decir, la transición desde el modelo de dos estados conocido hasta
el momento hacia el modelo de tres estados expuesto en el presente
documento, parece ser necesaria ya que estudios realizados por el
solicitante revelan que la célula solar parece "conocer" si se
encuentra en el estado recocido degradable (A) o en el estado
regenerado estable (C). Parece que esto requiera la existencia de
estados (A) y (C) microscópicamente diferentes aun cuando no haya
disponibles, para el estado regenerado (C) recién introducido,
hallazgos microscópicos detallados referentes a su composición.
No se ha obtenido todavía una diferenciación
directa de estados (A) y (C) debido a las propiedades eléctricas
similares. Para determinar si los estados (A) ó (C) están presentes
en un cristal de silicio de Cz ó cómo se dividen los dos estados,
todos los defectos del estado (A) se deben transferir al estado (B),
es decir, la célula solar se debe degradar. Si se compara entonces
el estado final degradado con el de la degradación completa del
estado recocido (A) (es decir, después de una etapa de recocido por
encima de 200ºC), la desviación es una medida de la población de
estados (A) y (C).
Los estados individuales (A), (B) y (C) parecen
poder pasar parcialmente de uno a otro dependiendo de las
condiciones de iluminación, corriente y temperatura. En este
contexto, a una transición desde (A) a (B) se le designa como
degradación. A la transición inversa desde (B) a (A) se le designa
como recocido. A una transición desde (B) a (C), tal como la que se
puede lograr con el método según la invención, se le designa como
regeneración. La transición inversa desde (C) directamente a (B) no
ha sido observada experimentalmente hasta el momento. Según
estudios realizados por el solicitante bajo condiciones de
funcionamiento, células solares fabricadas con el método según la
invención resultaron estables durante por lo menos 137 h con
respecto a su rendimiento, permaneciendo este último
sustancialmente en el nivel del estado recocido. Por lo tanto, se
considera que el estado regenerado (C) es en gran medida
temporalmente estable. Se puede lograr una transición desde el
estado regenerado (C) al estado recocido (A) mediante una etapa de
recocido a aproximadamente 230ºC, que se lleva a cabo habitualmente
durante entre 10 y 30 minutos, y a la que se le designa también como
recocido. La transición inversa desde (A) directamente a (C) no ha
sido observada experimentalmente todavía.
La vía de reacción desde (A) a (B) (degradación)
se puede excitar por iluminación y/o flujo de corriente inducido
aunque también presenta una fuerte dependencia de la temperatura. Se
ha descrito por lo tanto como asistida térmicamente. Según
hallazgos realizados hasta el momento, las reacciones de recocido
desde (B) a (A) y (C) a (A) se activan de forma puramente térmica,
es decir, la reacción se intensifica con el aumento de la
temperatura. Si en este caso no se fuerza una nueva degradación, el
sistema se puede transferir completamente al estado (A) con una
cierta combinación de temperatura-tiempo. La
reacción de regeneración desde (B) a (C) parece ser asistida
térmicamente, es decir, parece activarse por iluminación y/o flujo
de corriente inducida aunque avanza de forma considerablemente más
rápida a temperaturas mayores.
Las transiciones entre los estados individuales
compiten entre ellas. Según hallazgos realizados hasta el momento,
la transición que resulta dominante depende principalmente de las
condiciones de temperatura y posiblemente de la concentración de
portadores minoritarios en exceso. Bajo condiciones tales como las
seleccionadas para el método según la invención, predomina la
transición del estado degradado (B) al estado regenerado (C).
Cuanto más cristal de silicio se transfiera al estado (C), más
ampliamente se estabilizará el rendimiento de una célula solar
correspondiente.
Estudios tales como los que se muestran a
continuación en el presente documento, entre otros, en referencia a
las gráficas representadas en las Figuras 2 y 3, han dado lugar a
relaciones sobre cómo el efecto de estabilización del rendimiento
del método según la invención depende de parámetros del proceso.
La Figura 2 muestra la pérdida de rendimiento en
porcentaje absoluto en función del tiempo de tratamiento para
varias temperaturas cuando la célula solar bajo estudio se regenera
bajo un flujo de corriente de 20 mA/cm^{2} a oscuras. Puede
observarse que la degradación provocada aproximadamente en el tiempo
cero y la pérdida asociada de rendimiento se recuperan
aproximadamente de nuevo en el transcurso del tiempo de tratamiento
de regeneración, y la regeneración avanza más rápido cuanto mayor
sea la temperatura de regeneración seleccionada. Otros estudios han
mostrado que este efecto también parece tener continuidad a
temperaturas mayores hasta valores más altos que 160ºC. No se
observó ninguna regeneración perceptible a temperaturas por debajo
de 50ºC. A 65ºC, la regeneración avanza muy lentamente e incluso
después de 160 horas, la pérdida de rendimiento debida a la
degradación únicamente se ha reducido aproximadamente a la mitad.
Mientras que a 85ºC, una regeneración amplia requiere todavía más
de 80 horas, a 110ºC la misma se produce después de solo
aproximadamente 2 horas, a 140ºC este tiempo se reduce hasta
aproximadamente 40 minutos ya 160ºC se midieron aproximadamente 25
minutos (en la Fig. 2 no se representan las mediciones para 110ºC,
140ºC y 160ºC).
Se observó un efecto similar cuando la célula
solar se iluminó con luz en lugar de hacer que pasara corriente a
través de la misma a oscuras tal como en el caso antes descrito. En
este caso, se estableció que el tiempo de tratamiento requerido
para lograr una regeneración específica es sustancialmente
proporcional a la intensidad de la iluminación. Una fuente de luz
que sea diez veces más fuerte puede acelerar aproximadamente el
proceso de tratamiento de estabilización en un factor de 8. La
proporcionalidad parece mantenerse hasta una intensidad de
iluminación de por lo menos 1.000 W/m^{2}, bajo una iluminación
todavía más fuerte la aceleración disminuye y parece llegar a la
saturación.
La Figura 3 muestra resultados de mediciones que
muestran el rendimiento de una célula solar fabricada según la
invención, en función del tiempo de tratamiento. La célula solar se
iluminó a 120ºC con aproximadamente 1.000 W/m^{2} usando una
lámpara halógena. No se aplicó ningún voltaje externo. Puede
observarse que se logra una regeneración casi completa después de
aproximadamente 35 minutos.
Con respecto a la dependencia de la temperatura,
se estableció que el efecto de regeneración del método según la
invención parece disminuir a partir de una temperatura de
aproximadamente 190ºC. Esto se interpreta, en el momento actual,
como que a partir de esta temperatura aumenta la competición debida
a la transición desde el estado degradado (B) o desde el estado
regenerado (C) al estado recocido degradable (A) y,
consecuentemente, el sistema ya no cambia principalmente hacia el
estado regenerado (C) sino también parcialmente hacia el estado
recocido no estable (A).
No se ha observado hasta el momento una
regeneración directa desde el estado recocido (A) al estado
regenerado (C) sin el desvío a través del estado degradado (B). Si
se genera un exceso de portadores minoritarios además del
mantenimiento a temperatura elevada (tal como en los estudios
mostrados en la Fig. 2 y en la Fig. 3), se observa que, partiendo
de un estado inicial recocido (A), la célula solar inicialmente se
degrada, aunque a continuación se recupera sucesivamente en el
transcurso posterior de la etapa del tratamiento de estabilización
y pasa al estado regenerado (C).
No obstante, el principio de funcionamiento
antes mencionado se puede usar para deducir cómo se puede
determinar si una célula solar acabada se fabricó usando el método
según la invención: la célula solar fabricada según la invención se
encuentra en el estado regenerado estabilizado en rendimiento (C)
tal como se ha descrito anteriormente. No obstante, la misma se
puede transferir al estado recocido no estable (A) mediante una
etapa de recocido a temperaturas de aproximadamente 230ºC. Si,
después de dicha etapa de recocido, una célula solar bajo estudio
se degrada durante el funcionamiento normal posterior hasta un
rendimiento por debajo del rendimiento estable original
correspondiente a la misma célula solar, se puede determinar
consecuentemente que la célula solar se fabricó originalmente
usando el método según la invención y se estabilizó con respecto a
su rendimiento.
Finalmente, se describen realizaciones
ilustrativas del método según la invención en las que la etapa de
estabilización se integró en un método convencional para fabricar
una célula solar.
Una oblea de silicio de Cz disponible
comercialmente se sometió inicialmente a ataque químico y se limpió
para eliminar los desperfectos de cortes superficiales producidos en
la oblea por el corte del cristal de silicio de Cz. A continuación,
se realiza una difusión de una capa emisora de conducción n en la
superficie de la oblea mediante difusión de POCl_{3}. A
continuación se imprimieron contactos de rejilla frontales sobre la
capa emisora mediante serigrafía usando una pasta de película
gruesa, que contenía plata, y una pantalla de geometría
correspondiente. Después de haber secado la pasta de película gruesa
en un horno continuo, se imprimió una pasta de película gruesa, que
contenía aluminio, sobre el lado posterior de la oblea para formar
el contacto posterior. A continuación, el contacto tanto frontal
como posterior se sometieron a cocción en la superficie de la oblea
a una temperatura de entre 700 y 900ºC en un horno continuo. Después
de esta última etapa de alta temperatura, la célula solar está en
principio lista para funcionar, es decir, tiene la unión pn
requerida para separar pares de portadores de carga generados por la
luz, y contactos frontales y posteriores para transportar los pares
de portadores de carga separados de esta manera.
La célula solar lista para funcionar se somete a
continuación a la etapa de tratamiento de estabilización según la
invención. En este caso, la célula solar se coloca en una placa
calefactora y se calienta, por ejemplo, a una temperatura de 160ºC.
Al mismo tiempo, la célula solar se ilumina por medio de una lámpara
halógena sobre su lado frontal, generándose de este modo portadores
minoritarios en exceso en la célula solar. La célula solar se
mantiene en este estado durante aproximadamente 30 minutos. A
continuación se puede enfriar y llevar a un procesado adicional,
por ejemplo, cableado y encapsulado en módulos.
En una realización alternativa, la célula solar
lista para funcionar se conecta en serie con otras células solares
a través de tiras de contacto soldadas en sus contactos frontales y
posteriores y se encapsula en un módulo usando una película de EVA
(etileno acetato de vinilo). Las tiras de contacto se conectan
eléctricamente a conexiones para el módulo. A continuación, las
conexiones del módulo se conectan a una fuente de voltaje externa
cuyo voltaje se selecciona de tal manera que se aplique un voltaje
de aproximadamente 0,7 voltios a cada una de las células solares
conectadas en serie. Los módulos situados de esta manera bajo
aplicación de voltaje se almacenan entonces durante aproximadamente
una hora en una sala calentada de forma adecuada a, por ejemplo,
140ºC.
Claims (12)
1. Método para fabricar un elemento fotovoltaico
con rendimiento estabilizado, que comprende las siguientes
etapas:
- \quad
- proporcionar un sustrato de silicio que contiene oxígeno, dopado con boro;
- \quad
- formar una capa emisora sobre una superficie del sustrato de silicio;
- \quad
- formar contactos eléctricos sobre el sustrato de silicio;
- \quad
- en el que el método comprende además una etapa de tratamiento de estabilización, que comprende:
- \quad
- mantener la temperatura del sustrato durante un tiempo de tratamiento dentro de un intervalo seleccionable de temperaturas que tiene un límite de temperatura inferior de 50ºC y un límite de temperatura superior de 230ºC y
- \quad
- generar portadores de carga minoritarios en exceso en el sustrato de silicio durante el tiempo del tratamien- to;
- \quad
- en el que la etapa de generar portadores minoritarios en exceso conlleva la aplicación de un voltaje eléctrico externo a los contactos;
- \quad
- en el que el tiempo de tratamiento t en minutos durante el cual el sustrato se mantiene dentro del intervalo seleccionable de temperaturas viene dado por:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- en la que T es la temperatura media del intervalo seleccionable de temperaturas en ºC durante el tiempo de tratamiento, y es la densidad de corriente a través del elemento fotovoltaico producida por el voltaje aplicado, en A/cm^{2}, y a = 4,247 * 10^{-14}, b = 0,00286, c = 0,887 y x = 12.550, preferentemente a = 3,272 * 10^{-14}, b = 0,00352, c = 0,934 y x = 12.800.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la reivindicación 3, en el que
el voltaje se aplica en la dirección de conducción de la unión pn
formada con el sustrato de silicio y la capa emisora.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el voltaje aplicado es mayor que 0,4 V, preferentemente mayor
que 0,6 V y más preferentemente mayor que 0,7 V.
4. Método según la reivindicación 1, 2 ó 4, en
el que el sustrato de silicio no se ilumina sustancialmente durante
la aplicación del voltaje externo.
5. Método para fabricar un elemento fotovoltaico
con rendimiento estabilizado, que comprende las siguientes
etapas:
- \quad
- proporcionar un sustrato de silicio que contiene oxígeno, dopado con boro;
- \quad
- formar una capa emisora sobre una superficie del sustrato de silicio;
- \quad
- en el que el método comprende además una etapa de tratamiento de estabilización, que comprende:
- \quad
- mantener la temperatura del sustrato durante un tiempo de tratamiento dentro de un intervalo seleccionable de temperaturas que tiene un límite de temperatura inferior de 50ºC y un límite de temperatura superior de 230ºC y
- \quad
- generar portadores de carga minoritarios en exceso en el sustrato de silicio durante el tiempo del tratamien- to;
- \quad
- en el que la etapa de generar los portadores minoritarios en exceso comprende iluminar el sustrato de silicio;
\newpage
- \quad
- en el que el tiempo de tratamiento t en minutos durante el cual el sustrato se mantiene dentro del intervalo seleccionable de temperaturas viene dado por:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- en la que T es la temperatura media del intervalo seleccionable de temperaturas en ºC durante el tiempo de tratamiento, y es la intensidad de radiación en kW/m^{2}, y a = 2,298 * 10^{-11}, b = 0,399, c = 1,722 y x = 11.100, y preferentemente a = 5,355 * 10^{-11}, b = 0,355, c = 1,349 y x = 11.000.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Método según la reivindicación 5, en el que
la iluminación tiene lugar usando luz que tiene una longitud de
onda más corta que 1.180 nm.
7. Método según la reivindicación 5 ó 6, en el
que la iluminación tiene lugar usando luz que tiene una intensidad
de radiación mayor que 10 W/m^{2}, preferentemente mayor que 100
W/m^{2} y más preferentemente mayor que 1.000 W/m^{2}.
8. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el límite de temperatura inferior es 90ºC,
preferentemente 130ºC, más preferentemente 160ºC y en el que el
límite de temperatura superior es 210ºC, preferentemente 190ºC, más
preferentemente 180ºC.
9. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende además una última etapa
de alta temperatura del proceso con temperaturas del proceso por
encima de 230ºC, en el que la etapa de tratamiento de
estabilización viene a continuación de la etapa del proceso de alta
temperatura.
10. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende además una etapa de
encapsulación del sustrato de silicio en un módulo, en el que la
etapa de tratamiento de estabilización viene a continuación de la
etapa de encapsulación.
11. Método para estabilizar el rendimiento de un
elemento fotovoltaico que comprende un sustrato de silicio que
contiene oxígeno, dopado con boro, que comprende las etapas;
- \quad
- mantener la temperatura del elemento fotovoltaico durante un tiempo de tratamiento dentro de un intervalo seleccionable de temperaturas que tiene un límite de temperatura inferior de 50ºC, preferentemente 90ºC, más preferentemente 130ºC y todavía más preferentemente 160ºC y un límite de temperatura superior de 230ºC, preferentemente 210ºC, más preferentemente 190ºC y todavía más preferentemente 180ºC, y generar portadores minoritarios en exceso en el elemento fotovoltaico durante el tiempo de tratamiento;
- \quad
- en el que la etapa de generar portadores minoritarios en exceso conlleva la aplicación de un voltaje eléctrico externo a contactos eléctricos del elemento fotovoltaico;
- \quad
- en el que el tiempo de tratamiento t en minutos durante el cual el sustrato se mantiene dentro del intervalo seleccionable de temperaturas viene dado por:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- en la que T es la temperatura media del intervalo seleccionable de temperaturas en ºC durante el tiempo de tratamiento, y es la densidad de corriente a través del elemento fotovoltaico producida por el voltaje aplicado, en A/cm^{2}, y a = 4,247 * 10^{-14}, b = 0,00286, c = 0,887 y x = 12.550, preferentemente a = 3,272 * 10^{-14}, b = 0,00352; c = 0,934 y x = 12.800.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Método para estabilizar el rendimiento de un
elemento fotovoltaico que comprende un sustrato de silicio que
contiene oxígeno, dopado con boro, que comprende las etapas:
- \quad
- mantener la temperatura del elemento fotovoltaico durante un tiempo de tratamiento dentro de un intervalo seleccionable de temperaturas que tiene un límite de temperatura inferior de 50ºC, preferentemente 90ºC, más preferentemente 130ºC y todavía más preferentemente 160ºC y un límite de temperatura superior de 230ºC, preferentemente 210ºC, más preferentemente 190ºC y todavía más preferentemente 180ºC y
- \quad
- generar portadores minoritarios en exceso en el elemento fotovoltaico durante el tiempo de tratamiento;
- \quad
- en el que la etapa de generar los portadores minoritarios en exceso comprende iluminar el elemento fotovoltaico;
- \quad
- en el que el tiempo de tratamiento t en minutos durante el cual el sustrato se mantiene dentro del intervalo seleccionable de temperaturas viene dado por:
- \quad
- en la que T es la temperatura media del intervalo seleccionable de temperaturas en ºC durante el tiempo de tratamiento, y es la intensidad de radiación en kW/m^{2}, y a = 2,298 * 10^{-11}, b = 0,399, c = 1,722 y x = 11.100, y preferentemente a = 5,355 * 10^{-11}, b = 0,355, c = 1,349 y x = 11.000.
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