ES2352100T3 - Procedimiento para limpiar una abertura de superficie de célula solar formada con una pasta mordiente solar. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento, que comprende: formar una capa difundida sobre un sustrato dopado de una oblea de silicio delgada que presenta un grosor de 50 a 200 micrómetros, donde la oblea de silicio presenta una superficie delantera y una superficie trasera; formar por rotación una capa dieléctrica sobre la superficie trasera de la oblea de silicio; formar una capa protectora sobre la capa dieléctrica formada por rotación; aplicar una pasta mordiente sobre el 1 al 10 por ciento del área de superficie de la capa protectora; aplicar un primer tratamiento térmico a la pasta mordiente a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius, donde el primer tratamiento térmico se aplica durante un periodo de tiempo de 30 a 45 segundos; y eliminar residuos a partir de una abertura con una disolución que comprende ácido fluorhídrico.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a células solares de silicio. Más en particular, la presente invención se refiere a la formación de un contacto trasero o posterior que proporciona pasivación de superficie trasera y propiedades de confinamiento ópticas. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las células solares son dispositivos que convierten la energía lumínica en energía eléctrica. Estos dispositivos también se denominan frecuentemente como células fotovoltaicas (PV). Las células solares se fabrican a partir de una gran variedad de semiconductores. Un material semiconductor común es el silicio cristalino.

Las células solares presentan tres elementos principales: (1) un semiconductor; (2) una unión de semiconductores; y (3) contactos conductivos. Los semiconductores tales como el silicio pueden ser de tipo n o de tipo p dopados. Si un silicio de tipo n y un silicio de tipo p se forman en contacto mutuo, la región de la célula solar en la que se juntan es una unión de semiconductores. El semiconductor absorbe luz. La energía de la luz puede transferirse al electrón de valencia de un átomo de una capa de silicio, lo que permite que el electrón de valencia se escape de su estado ligado dejando atrás un hueco. Estos huecos y electrones fotogenerados están separados por el campo eléctrico asociado con la unión p-n. Los contactos conductivos permiten que la corriente fluya desde la célula solar hasta un circuito externo.

La Figura 1 muestra los elementos básicos de una célula solar de la técnica anterior. Las células solares pueden fabricarse sobre una oblea de silicio. La célula 5 solar comprende una base 10 de silicio de tipo p, un emisor 20 de silicio de tipo n, un contacto 40 conductivo inferior y un contacto 50 conductivo superior. La base 10 de silicio de tipo p y el emisor 20 de silicio de tipo n hacen contacto entre sí para formar la unión. El silicio 20 de tipo n está acoplado al contacto 50 conductivo superior. El silicio 10 de tipo p está acoplado al contacto 40 conductivo inferior. El contacto 50 conductivo superior y el contacto 40 conductivo inferior están acoplados a una carga 75 para dotarla de electricidad.

El contacto 50 conductivo superior ("contacto delantero”), que comprende plata, permite que la corriente eléctrica fluya al interior de la célula 5 solar. Sin embargo, el contacto 50 conductivo superior no cubre toda la cara de la célula 5 porque la plata no es totalmente transparente a la luz. Por lo tanto, el contacto 50 conductivo superior tiene un patrón de rejilla para permitir que luz entre en la célula 5 solar. Los electrones fluyen desde el contacto 50 conductor superior, y a través de la carga 75, antes de unirse a los huecos por medio del contacto 40 conductivo inferior.

El contacto 40 conductivo inferior (“contacto trasero” o “contacto posterior”) comprende normalmente aluminio y silicio eutécticos. Este contacto 40 conductivo cubre normalmente toda la parte inferior del silicio 10 de tipo p para maximizar la conducción. El aluminio se alea con silicio a altas temperaturas de 750 grados Celsius aproximadamente, muy por encima de la temperatura eutéctica del aluminio y silicio de 577 grados Celsius. Esta reacción de aleación crea una región de tipo p altamente dopada en la parte inferior de la base y da lugar a un fuerte campo eléctrico en la misma. Este campo ayuda a impedir que los electrones generados por luz se recombinen con los huecos en el contacto trasero de manera que pueden recogerse de manera más eficaz en la unión p-n.

La superficie de contacto entre el silicio y un contacto conductivo es normalmente un área que presenta una alta recombinación. Por ejemplo, la velocidad de recombinación de superficie trasera de un campo de superficie trasera de aluminio a través de toda la superficie trasera puede ser de 500 centímetros por segundo o superior. Las altas velocidades de recombinación de superficie trasera reducen la eficacia de la célula.

El documento Photovoltaic Energy conversion, de J. Rentsch y col., Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference On, IEEE, PI, 1 de mayo de 2006, páginas 1008 a 1011, describe un procedimiento para fabricar una célula solar. J. Szlufcik y col., Proceedings of the IEEE, IEEE. Nueva York, EE.UU., vol. 85, n° 5, 1 de mayo de 1997, p. 711 a 730, describe un procedimiento para fabricar células solares de silicio. RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Un procedimiento que se ha utilizado para reducir la recombinación en el contacto trasero es formar una capa dieléctrica de dióxido de silicio sobre la superficie trasera de la oblea de silicio. Esta capa dieléctrica mejora la pasivación pero crea otros problemas referidos a cómo generar aberturas desde la capa dieléctrica al silicio y a la optimización del tamaño y de la separación de cada ventana. Además, la capa dieléctrica no protege a la oblea de silicio contra la aleación de aluminio y silicio durante la formación de contacto, lo que puede deformar la oblea de silicio. Las obleas de silicio de película delgada son especialmente susceptibles a la deformación. Las soluciones de la técnica anterior para reducir la recombinación en la superficie trasera no afrontan de manera adecuada otros problemas tales como impedir la deformación del silicio de película delgada, determinar el tamaño y la separación de las aberturas dieléctricas, la limpieza de las aberturas dieléctricas y la formación de campos de superficie trasera de calidad en las aberturas dieléctricas.

La solución presentada en este documento comprende una estructura de célula solar que presenta una capa de pasivación dieléctrica y un contacto trasero con un campo de superficie trasera de aluminio local. Se proporciona un proceso para formar el contacto trasero. En una realización, una capa dieléctrica se forma sobre la superficie trasera de una delgada oblea cristalina que presenta una región n y una región p. En la capa dieléctrica se forma una abertura estarciendo una pasta mordiente, aplicando después un primer tratamiento térmico. Puede utilizarse una disolución de ácido fluorhídrico para eliminar cualquier residuo dejado por la pasta mordiente. El contacto trasero se forma estarciendo una pasta de contacto sobre toda la superficie trasera aplicando después un segundo tratamiento térmico. La pasta de contacto comprende aluminio y entre el 1 y el 12 por ciento de átomos de silicio. La presencia del silicio en la pasta de contacto satura el apetito de silicio que tiene el aluminio durante el segundo tratamiento térmico y proporciona un contacto de campo de superficie trasera de alta calidad en las aberturas locales. El uso de poca o de ninguna frita de vidrio en el aluminio ayuda a evitar una adición de aluminio significativa a través de la capa dieléctrica, lo que degrada el rendimiento del dispositivo.

Lo anterior es un resumen y, por lo tanto, contiene, por necesidad, simplificaciones, generalizaciones y omisiones de detalles; por consiguiente, los expertos en la materia apreciarán que el resumen es solamente ilustrativo y no pretende ser de ninguna manera limitativo. Otros aspectos, características inventivas y ventajas de la presente invención, definida solamente por las reivindicaciones, resultarán evidentes en la descripción detallada no limitativa expuesta posteriormente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es una vista en sección transversal de una célula solar de la técnica anterior. La FIG. 2 es un diagrama de flujo para una realización de un proceso para formar un contacto trasero con campo de superficie trasera local. La FIG. 3A es un dominio de simulación DESSIS para un contacto trasero de líneas. La FIG. 3B es un dominio de simulación DESSIS para un contacto trasero de puntos. La FIG. 4A es un gráfico de salida DESSIS que muestra la separación frente a la eficacia para contactos que tienen un ancho de 75 micrómetros. La FIG. 4B es un gráfico de salida DESSIS que muestra la separación frente a la eficacia para contactos que tienen un ancho de 150 micrómetros. Las FIG. 5A a 5D son vistas en sección transversal, obtenidas a partir de un microscopio de electrones, de campos de superficie trasera local para diferentes pastas de contacto de aluminio. Las FIG. 6A a 6E son vistas en sección transversal para una realización de una oblea de silicio en cada fase del proceso de fabricación de contactos traseros. La FIG. 7A es una vista en planta desde abajo para una realización de aberturas de ventana hacia el silicio que presentan un patrón de puntos. La FIG. 7B es una vista en planta desde abajo para una realización de aberturas de

ventana hacia el silicio que presentan un patrón de líneas.

La FIG. 8 es una vista desde arriba, obtenida a partir de un microscopio de electrones, de

una abertura de una capa dieléctrica expuesta con una pasta mordiente de estarcido. DESCRIPCIÓN DETALLADA

En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar un entendimiento minucioso de la invención. Sin embargo, los expertos en la materia entenderán que la presente invención puede llevarse a la práctica sin estos detalles específicos. En otros casos no se han descrito en detalle procedimientos, procesos, componentes y circuitos ampliamente conocidos para no oscurecer la presente invención.

La Figura 2 muestra un diagrama de flujo para formar un contacto trasero de alta calidad que protege a la oblea de silicio contra los daños producidos durante el proceso de aleación y que proporciona un campo de superficie trasera local. Un campo de superficie trasera (BSF, back surface field) local es deseable porque ayuda a reducir la recombinación de electrones en la superficie trasera de la célula solar. Por lo tanto, la eficacia de la célula solar aumenta si la célula solar presenta un BSF local de alta calidad.

En la operación 200, una capa de tipo p o de tipo n se forma sobre una oblea de silicio. La oblea de silicio puede ser cristalina. La oblea de silicio puede tener un grosor de 200 a 250 micrómetros. En otra realización, la oblea de silicio puede tener un grosor de 50 a 500 micrómetros. La aleación de aluminio y silicio a través de toda su superficie trasera de la oblea de silicio puede deformar obleas de silicio delgadas. Por lo tanto, en lugar de formarse contactos de área completa directamente sobre la oblea de silicio, se generan capas protectoras y capas dieléctricas sobre el lado delantero y el lado trasero de la oblea de silicio en la etapa 210. Las capas dieléctricas pueden generarse de manera concurrente o simultánea. Para una realización de la invención, las capas dieléctricas son de dióxido de silicio. Para otra realización de la invención, las capas dieléctricas pueden ser de óxido de aluminio.

El dióxido de silicio puede formarse a través de un proceso de rotación (spin-on) para conseguir un grosor de 1000 a 5000 angstroms en cada lado. Durante el proceso de rotación, el dieléctrico en forma líquida se deposita sobre obleas en rotación. El precursor del proceso de rotación puede ser un gel sólido de dióxido de silicio. El gel sólido de dióxido de silicio se distribuye comercialmente por Filmtronics, Inc. con el nombre "20B". Después del proceso de rotación, la oblea se seca a una temperatura de 150 a 250 grados Celsius entre 10 y 20 minutos. El dióxido de silicio puede curarse en un ambiente con oxígeno a una temperatura de 875 a 925 grados Celsius en un horno de tubo convencional. El proceso de rotación permite formar una capa de dióxido de silicio más gruesa y más uniforme, que hace que el dieléctrico sea una máscara de difusión para una difusión de un solo lado.

Como alternativa, el dióxido de silicio puede formarse mediante un proceso de deposición química en fase de vapor o mediante un proceso de deposición química en fase de vapor asistida por plasma (PECVD). Tal proceso puede utilizar silano y oxígeno como precursores a una temperatura de 300 a 500 grados Celsius entre 10 y 20 minutos. Puede utilizarse una cámara de reacción para controlar los reactivos para este proceso.

En operación 215 se forma una capa protectora en el lado delantero y en el lado trasero de la oblea. La capa protectora puede comprender nitruro de silicio que presente un grosor de 100 a 700 angstroms. La capa de nitruro de silicio puede formarse utilizando PECVD. El silano y el amoniaco pueden ser precursores PECVD de silicio y nitruro, respectivamente. Como alternativa, la capa de nitruro de silicio puede formarse utilizando un proceso de deposición química en fase de vapor a baja presión en una cámara de reacción adecuada. La capa protectora sobre la superficie delantera proporciona un recubrimiento antirreflectante para ayudar a absorber la luz. Las capas protectoras también protegen a las capas dieléctricas. Sin la capa protectora sobre la superficie trasera, la capa dieléctrica de superficie trasera puede estar sujeta a la adición de aluminio y a impurezas a través del aire. Además, las capas dieléctricas son más vulnerables a los daños debido a las altas temperaturas durante la activación de los contactos estarcidos sin las capas protectoras.

En operación 220 se forma al menos una abertura en las capas dieléctricas y en las capas protectoras en el lado trasero de la oblea de silicio. Si se forma una pluralidad de aberturas, las aberturas pueden distribuirse de manera uniforme a través de la superficie de la oblea de silicio. Para una realización de la invención, la abertura se forma aplicando una pasta mordiente solar a la capa protectora. Una pasta mordiente solar a modo de ejemplo es la fabricada por Merck & Co., Inc. con el nombre "Solar Etch AX M1". La pasta mordiente solar también puede utilizarse para formar aberturas hacia la capa dieléctrica de superficie delantera. La pasta mordiente puede comprender ácido fosfórico, ácido fluorhídrico, fluoruro de amonio o fluoruro de hidrógeno de amonio. Las aberturas formadas en la etapa 220 pueden tener la forma de puntos o líneas.

La pasta solo debe aplicarse en las áreas donde se deseen aberturas en la capa dieléctrica. La pasta puede aplicarse utilizando una máquina de estarcido. El tamaño y la separación óptimos de las aberturas hacia el sustrato están determinados por la resistividad de la oblea. Pueden utilizarse programas informáticos tales como simulaciones de dispositivo para sistemas integrados inteligentes (DESSIS, Device Simulations for Smart Integrated Systems) para determinar el tamaño y la separación óptimos de las aberturas. DESSIS calcula la separación óptima basándose en parámetros que incluyen el tipo de contacto (punto o línea), tamaño del contacto (75 micrómetros o 150 micrómetros), y BSF lateral (presencia o ausencia).

El dominio de simulación se obtiene de la célula unitaria más pequeña que puede extenderse periódicamente para representar la estructura completa. Para simplificar el problema de simulación pueden definirse parámetros de contacto delantero de manera que el contacto delantero se distribuya de manera uniforme. En este escenario, el tamaño de la célula unitaria se controla por la geometría de contacto trasero en la simulación DESSIS.

El dominio de simulación para un contacto de líneas se muestra en la Figura 3A. El dominio de simulación de la Figura 3A comprende un silicio 300 de tipo p, un silicio 310 de tipo n, una capa 320 dieléctrica, un primer contacto 330 conductivo, un segundo contacto 360 conductivo y un BSF 370 local. El silicio 300 de tipo p está acoplado al silicio 310 de tipo n, a la capa 320 dieléctrica y al BSF 370 local. El BSF 370 local está acoplado al segundo contacto 360 conductivo. El silicio 310 de tipo n está acoplado al primer contacto 330 conductivo.

De manera similar, un dominio de simulación para un contacto de puntos se muestra en la Figura 3B. El dominio de simulación de la Figura 3B comprende un silicio 300 de tipo p, un silicio 310 de tipo n, una capa 320 dieléctrica, un primer contacto 330 conductivo, un segundo contacto 360 conductivo y un BSF 370 local. El silicio 300 de tipo p está acoplado al silicio 310 de tipo n, a la capa 320 dieléctrica y al BSF 370 local. El BSF 370 local está acoplado al segundo contacto 360 conductivo. El silicio 310 de tipo n está acoplado al primer contacto 330 conductivo.

Los parámetros de generación óptica pueden fijarse para suponer una incidencia de luz uniforme sobre una superficie de silicio texturizada que presenta un ángulo de faceta de 54,7 grados, una capa antirreflectante de índice 2,0 y un grosor de 75 nanómetros. La luz incidente puede disminuir además en un 8,5 por ciento aproximadamente para dar cuenta del sombreado mediante un contacto delantero en los dispositivos reales. La reflexión de la superficie delantera interna puede fijarse al 92 por ciento. La reflexión de la superficie trasera puede fijarse al 85 por ciento.

El perfil emisor puede ser un perfil gaussiano con una concentración de dopaje de tipo n máxima en la superficie de 1,14x1020 por centímetro cúbico y una profundidad de unión de 0,3 micrómetros, lo que corresponde a un emisor que tiene una resistencia de lámina de 80 ohmios por cuadrado aproximadamente. Como alternativa, una resistencia de lámina de emisor puede variar de 70 a 90 ohmios por cuadrado.

El BSF local en el contacto trasero puede definirse para tener una concentración de dopaje de tipo p constante de 1x1019 por centímetro cúbico con un grosor de 1,47 micrómetros. Esto da como resultado una velocidad de recombinación de superficie eficaz de 300 centímetros por segundo aproximadamente en el contacto sobre un sustrato de 2 ohmios-centímetro. Para simular un BSF lateral, la capa BSF puede extenderse lateralmente hasta al menos 1,3 micrómetros fuera del borde de contacto. Para simular un BSF no lateral, la capa BSF puede

definirse para que cubra solamente el área de contacto.

Otros ajustes de parámetro pueden incluir un grosor de célula de 50 a 200 micrómetros, una resistividad de 1,5 a 2,5 ohmios-centímetro, una velocidad de recombinación de superficie delantera de 50.000 a 70.000 centímetros por segundo, una velocidad de recombinación de superficie trasera en el dieléctrico de 40 a 60 centímetros por segundo, y una resistencia de contacto de cero ohmios-centímetro cuadrado. Utilizando estos parámetros, en la Figura 4A se muestra un gráfico de salida DESSIS que ilustra la eficacia de la célula solar dependiendo de la separación entre contactos para contactos que tienen un ancho de 75 micrómetros, y en la Figura 4B se muestra un gráfico que ilustra la eficacia de la célula solar dependiendo de la separación entre contactos para contactos que tienen un ancho de 150 micrómetros.

Después de aplicar la pasta mordiente, la pasta mordiente se expone a una fuente de calor a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius entre 30 y 45 segundos. La fuente de calor acoplada a la pasta mordiente solar disuelve la capa protectora y la capa dieléctrica debajo de la pasta dejando una abertura hacia el sustrato. Puede utilizarse una disolución de ácido fluorhídrico para eliminar cualquier residuo resultante en o alrededor de la abertura.

Para otra realización de la invención, las aberturas de la capa dieléctrica pueden formarse utilizando un láser o un punzón mecánico. Las aberturas pueden cubrir entre el 1 por ciento y el 10 por ciento del área de superficie trasera. La capa dieléctrica permanece sobre el resto de la superficie trasera después de la etapa 220.

En operación 230, una capa de contacto trasera se aplica con una pasta de aluminio que contiene entre el 1 y el 12 por ciento de átomos de silicio. Para una realización de la invención, la pasta de aluminio puede ser el número de producto AL 53-090, AL 53-110, AL 53-120, AL 53130, AL 53-131 o AL 5540, los cuales se distribuyen comercialmente por Ferro Corporation. Para otra realización de la invención, la pasta de aluminio puede ser pasta de aluminio disponible comercialmente fabricada por DuPont Corporation, Cermet Materials, Inc., Chimet Chemicals, Cixi Lvhuan Healthy Products, Daejoo Electronic Materials, Exojet Electronic, Hamilton Precision Metals, Inc., Metalor Technologies, PEMCO Corporation, Shanghai Daejoo, Young Solar o Zhonglian Solar Technology. La pasta de aluminio puede comprender finas partículas de aluminio dispersadas en un vehículo orgánico. El vehículo orgánico puede comprender además un aglutinante, tal como celulosa de etilo o celulosa de metilo, y un disolvente tal como terpineol o carbitol. El contenido de silicio se añade a la pasta de aluminio de manera que la “pasta de contacto” resultante comprende entre el 1 y el 12 por ciento de átomos de silicio.

Las Figuras 5A a 5D muestran que el contenido de silicio en la pasta de aluminio mejora la formación del BSF local. La calidad de un BSF se define por la uniformidad y el grosor de la región BSF. Las Figuras 5A a 5D son vistas en sección transversal obtenidas a partir de un microscopio de electrones. La Figura 5A es un BSF local formado a partir de una pasta de aluminio con fritas. La Figura 5B es un BSF local formado a partir de una pasta de aluminio sin fritas. La Figura 5C es un BSF local formado a partir de una pasta de aluminio sin fritas que presenta un siete por ciento de átomos de silicio. La Figura 5D es un BSF local formado a partir de una pasta de aluminio sin fritas que presenta un 12 por ciento de átomos de silicio. A partir de las Figuras 5A a 5D resulta evidente que las pastas de aluminio que tienen entre el 1 y el 12 por ciento de átomos de silicio producen BSF de mayor calidad que las pastas de aluminio que no tienen contenido de silicio. Un BSF local puede ayudar a conseguir un buen contacto óhmico, especialmente en un sustrato que tenga una alta resistividad.

Además, el BSF local ayuda a minimizar el efecto de una alta recombinación en la superficie de contacto metálica. La velocidad de recombinación de superficie trasera de un BSF de aluminio a través de toda la superficie trasera es de 500 centímetros por segundo aproximadamente. Por el contrario, una pasivación trasera dieléctrica con un BSF de aluminio local formado por una pasta de aluminio con 12 por ciento de silicio reduce la velocidad de recombinación de superficie trasera a 125 centímetros por segundo o menos.

La pasta de contacto con aluminio y silicio puede aplicarse utilizando una máquina de estarcido. Para una realización de la invención, la pasta de contacto ni tiene fritas. Para otra realización de la invención, la pasta de contacto tiene una baja cantidad de fritas. Un aluminio sin fritas o con una baja cantidad de fritas no corroe o perturba a la capa dieléctrica.

Después se aplica un tratamiento térmico a la pasta de contacto. En la etapa 240, el calor se aumenta hasta una temperatura entre 700 y 900 grados Celsius. El tiempo de aumento hasta la temperatura máxima está comprendido entre uno y cinco segundos. El silicio se disuelve en el aluminio a una temperatura superior a la temperatura eutéctica, formando una aleación de aluminio y de silicio fundida. El rápido tiempo de aumento ayuda a formar un BSF más uniforme. Una vez que se haya alcanzado la temperatura máxima, la temperatura se mantiene durante tres segundos o menos en la etapa 250. Por ejemplo, la temperatura máxima puede mantenerse entre uno y tres segundos. Mantener la temperatura máxima durante este corto periodo de tiempo ayuda a evitar una corriente de fuga en la unión ya que hay menos oportunidad de que las impurezas se esparzan hacia la unión.

Finalmente, la temperatura se “hace descender” hasta 400 grados Celsius o menos en la etapa 260. El tiempo de descenso es de tres a seis segundos. Este rápido tiempo de descenso puede conseguirse a través de un enfriamiento forzado. Por ejemplo, un ventilador o una correa de transmisión que saque las obleas de la fuente de calor a gran velocidad pueden utilizarse para reducir rápidamente la temperatura hasta 400 grados Celsius o menos.

El rápido descenso proporciona pasivación a toda la región. En una realización de la

invención, la capa protectora puede comprender una concentración de 4x1021 a 7x1022 átomos de hidrógeno por centímetro cúbico. El hidrógeno puede incorporarse en la capa de nitruro de silicio mediante los precursores PECVD. Por lo tanto, durante el tratamiento térmico, el hidrógeno puede desasociarse de la capa protectora. Los átomos de hidrógeno pueden ayudar entonces a la pasivación en toda la región de la oblea de silicio acoplándose a defectos del silicio.

La solubilidad del silicio en el aluminio es proporcional a la temperatura de la aleación. Por lo tanto, durante el enfriamiento, el porcentaje de silicio en la aleación disminuye. El exceso de silicio se retira de la fusión y vuelve a generarse de manera epitaxial en la superficie de contacto líquida de silicio. Esta capa regenerada se dopa con aluminio según la solubilidad sólida finita del aluminio en el silicio a la temperatura de solidificación. Por consiguiente, la capa regenerada se convierte en una capa p + BSF.

Si se utiliza aluminio puro en lugar de la combinación de aluminio y silicio, el aluminio tiene apetito de silicio a altas temperaturas. Como resultado, la retirada de silicio sobre la superficie de silicio en las aberturas disminuye. Esto degrada la calidad de la pasivación de la superficie trasera y reduce el rendimiento de la célula.

La capa dieléctrica acoplada con el contacto trasero de aluminio que contiene silicio también sirve para mejorar la eficacia absoluta de la célula. La eficacia absoluta de la célula se mide por la capacidad de la célula solar de convertir la luz entrante en energía. Un contacto trasero eutéctico de aluminio de área completa presenta una reflectancia de superficie trasera del 60 por ciento aproximadamente. La reflectancia de superficie trasera se define por el porcentaje de luz incidente que se refleja por la superficie trasera hacia el silicio. El contacto trasero desvelado en esta invención produce una reflectancia de superficie trasera superior al 85 por ciento. La capa dieléctrica acoplada al contacto trasero de aluminio y silicio mejora la eficacia de la célula entre un uno y un dos por ciento.

El aditivo con un porcentaje atómico de silicio comprendido entre el 1% y el 12% en la pasta de contacto sirve para saturar al aluminio de silicio. Puesto que el aluminio contiene una concentración de silicio, más silicio se retira de la fusión hacia la abertura durante el enfriamiento. El silicio retirado contiene una concentración de aluminio y se regenera de manera epitaxial en la superficie de contacto líquida de silicio formando una capa p + BSF. Las pruebas de laboratorio, cuyos resultados se ilustran en las Figuras 5A a 5D, han demostrado que con el aditivo de silicio puede obtenerse una profundidad de BSF local de de 6 a 15 micrómetros.

El contacto trasero se aplica de manera tradicional directamente sobre toda la superficie trasera de la oblea de silicio. Si se añade silicio a la pasta de aluminio y se aplica a toda la superficie trasera del sustrato, entonces se observará una reducción en el grosor de la capa BSF porque menos silicio se disolverá del sustrato de silicio. Por lo tanto, es contrario al conocimiento convencional añadir silicio a la pasta de aluminio. Sin embargo, los inventores han descubierto que la adición de silicio a la pasta de aluminio aumenta la profundidad del BSF para una geometría de abertura local. En ausencia de silicio en la pasta de aluminio, la capa de aluminio alejada de las aberturas necesita más del 12 por ciento de átomos de silicio para estar en equilibrio durante el enfriamiento. Esto reduce la cantidad de silicio disponible para la regeneración en las aberturas, dando como resultado un BSF local más delgado. La adición de silicio a la pasta de aluminio satisface el apetito de silicio que tiene el aluminio. Por lo tanto, la mayor parte del silicio en la aleación de aluminio y silicio fundida en las aberturas está disponible para su regeneración, dando como resultado un BSF local más grueso.

Además de mejorar el BSF, la pasta de contacto con silicio puede ayudar a impedir la adición de aluminio. La solubilidad del silicio en el aluminio aumenta cuando sube la temperatura. A medida que el silicio se esparce en el aluminio, el aluminio llenará a su vez los huecos creados por el silicio saliente. Si el aluminio penetra en la unión p-n o p+-p de la oblea de silicio se reducirá el rendimiento.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, puesto que la pasta de contacto contiene entre el 1 y el 12 por ciento atómico de silicio, el aluminio ya estará saturado con átomos de silicio. Por lo tanto, se impide que los átomos de silicio del sustrato se difundan en la capa de aluminio durante el tratamiento térmico. Se evita de ese modo una adición de aluminio ya que no se crearán huecos en el sustrato por el silicio saliente.

Las Figuras 6A a 6D muestran vistas en sección transversal para una realización de una oblea de silicio en varias fases del proceso de fabricación. La Figura 6A muestra una oblea de silicio que contiene un sustrato 600 dopado acoplado a una capa 610 difundida.

Una capa 620 dieléctrica está acoplada al sustrato 600 dopado en la Figura 6B. Además, una capa 630 dieléctrica está acoplada a la capa 610 difundida. Esta capa 620 dieléctrica puede ser de dióxido de silicio. La capa 620 dieléctrica puede formarse mediante un proceso de rotación tal y como se ha descrito anteriormente.

La Figura 6C muestra una capa 640 protectora que está acoplada a la capa 620 dieléctrica y una capa 650 protectora que está acoplada a la capa 630 dieléctrica. Las capas 640 y 650 protectoras pueden comprender nitruro de silicio formado mediante PECVD. Las capas 640 y 650 protectoras proporcionan protección a las capas dieléctricas. Además, la capa 650 protectora puede proporcionar un recubrimiento antirreflectante a la superficie delantera de la célula solar.

La Figura 6D muestra una abertura 625 en la capa 620 dieléctrica y en la capa 640 protectora. Una abertura 635 también puede formarse en la capa 630 dieléctrica y en la capa 650 protectora. Para una realización de la invención, la abertura 625 y la abertura 635 pueden formarse aplicando una pasta mordiente solar a la capa dieléctrica y aplicando después un tratamiento térmico a la capa dieléctrica. El tratamiento térmico puede implicar una temperatura de 300 a 380 grados Celsius. El tratamiento térmico disuelve la capa dieléctrica debajo de la pasta, formando una abertura hacia el silicio 810 en la capa 805 dieléctrica, tal y como se muestra en la Figura 8. La Figura 8 muestra una vista en planta desde abajo de la capa 805 dieléctrica que presenta una abertura hacia el silicio 810. Para otra realización de la invención, la abertura 625 y la abertura 635 pueden formarse mediante un láser. Para otra realización adicional de la invención, la abertura 625 y la abertura 635 pueden formarse mediante un punzón mecánico.

La abertura 625 puede tener forma de punto o de línea. La Figura 7A muestra una vista en planta desde abajo de una capa 740 protectora que presenta aberturas 725 hacia el silicio en un patrón de puntos. Las aberturas de punto pueden tener una forma rectangular o circular. La Figura 7B muestra una vista en planta desde abajo de una capa 74 protectora que presenta aberturas 725 hacia el silicio en un patrón de líneas.

La Figura 6E representa un contacto 660 trasero que está acoplado a la capa 620 dieléctrica, a la capa 640 protectora y al sustrato 600 dopado a través de la abertura 625. Este contacto trasero puede comprender aluminio que contenga entre el 1 y el 12 por ciento de átomos de silicio. La adición del silicio en el aluminio proporciona un BSF 670 de alta calidad que presenta una profundidad de 6 a 15 micrómetros.

En la memoria descriptiva anterior, la invención se ha descrito con referencia a realizaciones específicas ejemplares de la misma. Sin embargo, resultará evidente que pueden realizarse varias modificaciones y cambios en las mismas sin apartarse de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, la memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse como ilustrativos en vez de restrictivos.

Claims (3)

1.-Un procedimiento, que comprende: formar una capa difundida sobre un sustrato dopado de una oblea de silicio delgada que presenta un grosor de 50 a 200 micrómetros, donde la oblea de silicio presenta una superficie delantera y una superficie trasera; formar por rotación una capa dieléctrica sobre la superficie trasera de la oblea de silicio; formar una capa protectora sobre la capa dieléctrica formada por rotación; aplicar una pasta mordiente sobre el 1 al 10 por ciento del área de superficie de la capa protectora; aplicar un primer tratamiento térmico a la pasta mordiente a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius, donde el primer tratamiento térmico se aplica durante un periodo de tiempo de 30 a 45 segundos; y eliminar residuos a partir de una abertura con una disolución que comprende ácido fluorhídrico. 2.-El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: aplicar una pasta de contacto a la superficie trasera de la oblea de silicio después del primer tratamiento térmico. 3.-El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la pasta de contacto es una pasta

de aluminio que contiene entre el 1 y el 12 por ciento atómico de silicio. 4.-El procedimiento según la reivindicación 2, que comprende además: aplicar un segundo tratamiento térmico a la pasta de contacto a una temperatura máxima de 700 a 900 grados Celsius. 5.-El procedimiento según la reivindicación 4, en el que el segundo tratamiento térmico se

aplica entre uno y tres segundos a la temperatura máxima. 6.-El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: determinar la aplicación de pasta mordiente a partes del área de superficie de la capa dieléctrica utilizando simulaciones de dispositivo para sistemas integrados inteligentes (DESSIS). 7.-El procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además: introducir parámetros en DESSIS para determinar la aplicación de pasta mordiente, en el que los parámetros comprenden una resistencia de lámina de emisor, un grosor de célula, una resistividad, una velocidad de recombinación de superficie delantera, una velocidad de recombinación de superficie trasera en el dieléctrico, y una resistencia de contacto. 8.-El procedimiento según la reivindicación 7, en el que la resistencia de lámina de emisor es de 70 a 90 ohmios por cuadrado, el grosor de célula es de 90 a 200 micrómetros, la resistividad es de 1,5 a 2,5 ohmios-centímetro, la velocidad de recombinación de superficie delantera es de 50.000 a 70.000 centímetros por segundo, la velocidad de recombinación de superficie trasera del dieléctrico es de 40 a 60 centímetros por segundo, y la resistencia de contacto es de cero ohmios-centímetro cuadrado.

9.-Un procedimiento, que comprende: formar una capa difundida sobre un sustrato dopado de una oblea de silicio delgada que presenta un grosor de 50 a 200 micrómetros, donde la oblea de silicio presenta una superficie delantera y una superficie trasera; formar por rotación una capa dieléctrica sobre la superficie trasera de la oblea de silicio; formar una capa protectora sobre la capa dieléctrica formada por rotación; aplicar una pasta mordiente sobre el 1 al 10 por ciento del área de superficie de la capa protectora; aplicar un primer tratamiento térmico a la pasta mordiente a una temperatura de 300 a 380 grados Celsius; eliminar residuos a partir de una abertura con una disolución que comprende ácido fluorhídrico; aplicar una pasta de contacto a la superficie trasera de la oblea de silicio después del primer tratamiento térmico; y aplicar un segundo tratamiento térmico a la pasta de contacto a una temperatura máxima de 700 a 900 grados Celsius, donde el segundo tratamiento térmico se aplica entre uno y tres segundos a la temperatura máxima. 10.-El procedimiento según la reivindicación 9, en el que el primer tratamiento térmico se

aplica durante un periodo de tiempo de 30 a 45 segundos. 11.-El procedimiento según la reivindicación 9, donde la pasta de contacto es una pasta

de aluminio que contiene entre el 1 y el 12 por ciento atómico de silicio. 12.-El procedimiento según la reivindicación 9, que comprende además: determinar la aplicación de pasta mordiente a partes del área de superficie de la capa dieléctrica utilizando simulaciones de dispositivo para sistemas integrados inteligentes (DESSIS). 13.-El procedimiento según la reivindicación 12, que comprende además: introducir parámetros en DESSIS para determinar la aplicación de pasta mordiente, donde los parámetros comprenden una resistencia de lámina de emisor, un grosor de célula, una resistividad, una velocidad de recombinación de superficie delantera, una velocidad de recombinación de superficie trasera en el dieléctrico, y una resistencia de contacto.

14.-El procedimiento según la reivindicación 13, en el que la resistencia de lámina de emisor es de 70 a 90 ohmios por cuadrado, el grosor de célula es de 90 a 200 micrómetros, la resistividad es de 1,5 a 2,6 ohmios-centímetro, la velocidad de recombinación de superficie delantera es de 50.000 a 70.000 centímetros por segundo, la velocidad de recombinación de superficie trasera del dieléctrico es de 40 a 60 centímetros por segundo, y la resistencia de contacto es de cero ohmios-centímetro cuadrado.