ES2880800T3 - Métodos para producir material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía - Google Patents
Métodos para producir material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía Download PDFInfo
- Publication number
- ES2880800T3 ES2880800T3 ES09785847T ES09785847T ES2880800T3 ES 2880800 T3 ES2880800 T3 ES 2880800T3 ES 09785847 T ES09785847 T ES 09785847T ES 09785847 T ES09785847 T ES 09785847T ES 2880800 T3 ES2880800 T3 ES 2880800T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- metamaterial
- region
- energy
- layer
- photovoltaic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000348 solid-phase epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract 5
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 24
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract description 2
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 67
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 50
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 46
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 12
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 12
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 11
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 11
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000037230 mobility Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 1
- 102000007696 Proto-Oncogene Proteins c-yes Human genes 0.000 description 1
- 108010021833 Proto-Oncogene Proteins c-yes Proteins 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000001889 high-resolution electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000007734 materials engineering Methods 0.000 description 1
- -1 membrane-en Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000803 paradoxical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
- H10F10/164—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells
- H10F10/165—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells the heterojunctions being Group IV-IV heterojunctions, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC photovoltaic cells
- H10F10/166—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells the heterojunctions being Group IV-IV heterojunctions, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC photovoltaic cells the Group IV-IV heterojunctions being heterojunctions of crystalline and amorphous materials, e.g. silicon heterojunction [SHJ] photovoltaic cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/128—Annealing
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/131—Recrystallisation; Crystallization of amorphous or microcrystalline semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/40—Optical elements or arrangements
- H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
Abstract
Método para producir un material fotovoltaico capaz de absorber y sacar provecho de fotones de alta energía o energéticos, en particular fotones UV y visibles, caracterizado por que dicho método consiste en: - a) proporcionar o producir un material fotovoltaico convencional de tipo p o tipo n hecho de material semiconductor cristalino inorgánico de Si, que tiene una superficie superior destinada a ser expuesta a radiación fotónica, que tiene una unión P-N incorporada que delimita una parte emisora y una parte de base y que comprende al menos un área o región específicamente diseñada, tratada o adaptada para absorber fotones de alta energía o energéticos, ubicada adyacente o cerca de al menos una heterointerfaz, que divide una fase amorfa y una fase cristalina del semiconductor; - b) generar o mantener defectos estructurales dentro de un área de tipo n de dicha parte emisora y/o de base del material que consiste en lagunas dobles capaces de funcionar como centros de generación secundaria de baja energía agrupados en una formación o formaciones nanométricas y persistente en procesos de producción y condiciones de conversión fotovoltaica; - c) introducir, mediante la implantación de fósforo, impurezas dopantes de tipo n, de acuerdo con la intensidad, la energía y el perfil determinados para poner las lagunas dobles en un estado de carga eléctrica en el que se saturen con electrones débilmente enlazados y para proporcionar una excelente conducción dentro de dicha o cada región de impurezas implantadas, tal como la conducción de tipo metálico en material semiconductor altamente dopado, partiendo de una capa de amorfización de más de 200 nm obtenida usando una energía de implantación de iones P de 150 keV, reduciéndola a un grosor de 27 nm, mediante un tratamiento térmico largo inicial sucesivo - la epitaxia en fase sólida - y luego el RIE, grabado iónico reactivo, para obtener una nanocapa superficial fuertemente dañada, donde las etapas b) y c) se realizan de tal manera que dan como resultado que se crea al menos un campo o región de metamaterial basado en semiconductores, como una región de transición de la o de una heterointerfaz, - d) proporcionar un campo eléctrico incorporado o medios para aplicar un campo eléctrico que abarque o se extienda sobre dicho o cada campo o región de metamaterial y muestre una intensidad suficiente para retirar y alejar dichos electrones secundarios liberados de sus sitios iniciales dentro del área o región de metamaterial en cuestión, a una velocidad suficiente para evitar su retorno a dicha región o campo de metamaterial, donde dicho método también comprende, preferentemente después de la etapa c), al menos una etapa de tratamiento térmico del material, de duración e intensidad determinadas, con un balance energético total del tratamiento térmico para una capa de metamaterial plano a nanoescala continua enterrada dentro de la parte emisora del material fotovoltaico que es aproximadamente equivalente al de un recocido térmico continuo de una duración de aproximadamente 30 a 50 minutos, preferentemente de aproximadamente 40 minutos, a una temperatura comprendida entre 450 °C y 600 °C, preferentemente de aproximadamente 500 °C, donde el al menos un campo o región de metamaterial se crea, como resultado de las etapas b) y c) anteriores, en un área ubicada continua o próxima al o a un área o región de absorción para los fotones energéticos de la radiación fotónica que impacta en dicho material fotovoltaico, al menos dentro del rango de termalización de los electrones primarios liberados directamente por dichos fotones energéticos y que chocan con los centros de generación de metamaterial de baja energía liberando electrones de generación secundaria en un procesamiento de múltiples fases, cuyo orden depende de la energía restante conservada por los electrones primarios en el momento de su colisión de generación, donde el ajuste de los parámetros de las sucesivas etapas de producción operativa es tal que el grosor de la o cada capa de material semiconductor amorfo plano está comprendida entre 10 nm y 50 nm y que el grosor del o de los campos o regiones de metamaterial asociados respectivamente, en forma de una capa o capas continuas o discontinuas, que tienen un grosor inferior a 10 nm, teniendo el material semiconductor, preferentemente, un grosor comprendido entre 5 mm y 500 mm, preferentemente entre 10 μm y 280 μm, y, donde las etapas b) y c) se realizan además de tal manera que, por un lado, la densidad de lagunas dobles dentro del o de los campos o regiones de metamaterial es mayor que 1018 lagunas dobles/cm3, preferentemente mayor que 10 19 lagunas dobles/cm3, de la manera más preferente mayor que 1020 lagunas dobles/cm3 y, por otro lado, la 0 conducción entre el metamaterial y el material de tipo N adyacente respectivamente tiene una constante de tiempo que es a lo sumo de la misma magnitud que la constante de tiempo de generación del portador secundario.
Description
DESCRIPCIÓN
Métodos para producir material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía
La presente invención se refiere al campo de la conversión de energía fotónica, en particular energía solar radiada en energía eléctrica. Tiene como objetivo, más específicamente, el aumento de las eficiencias de producción y conversión de materiales fotovoltaicos y, por tanto, en dispositivos fotovoltaicos (fotocélulas, células solares, convertidores optoelectrónicos).
La presente invención se refiere, más específicamente, a un método para producir un material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía, como se especifica en la reivindicación 1.
En la actualidad, las células solares fabricadas a escala industrial tienen un rendimiento, es decir, una relación de potencia máxima de flujo fotovoltaico pico/incidente, del orden del 15 al 18 %.
Estas células, ampliamente comercializadas, están constituidas por un material de silicio monocristalino y, generalmente, tienen una estructura [emisor/base/campo trasero] con una única unión P-N.
Además, la superficie expuesta a la radiación fotónica se somete normalmente a una operación de pasivación y se recubre con una superficie antirreflectante.
Para aumentar la eficiencia, se ha propuesto producir fotocélulas a base de silicio monocristalino parcialmente modificado para intentar ampliar el espectro de absorción natural del material de partida, particularmente en el rango infrarrojo, y aumentar de este modo la salida de la célula fotoeléctrica resultante.
Más particularmente, las propuestas expuestas consisten, mediante una implantación de hidrógeno y un tratamiento térmico consecutivo, en transformar a nivel local la estructura cristalina del silicio para crear una capa enterrada provista de niveles extrínsecos.
Estos diferentes enfoques experimentales se describen en particular en los siguientes artículos: "35% Efficient Nonconcentrating Novel Silicon Solar Cell", J. Li et al., Appl. Phys. Lett., 60 (1992) 2240-2242; "A study on Solar Cells based on the "Junction Near Local Defect Layer Design", C. Sumnote et al., 11th E.C. Photovoltaic Solar Energy Conference, Montreux, Suiza, octubre de 1992, páginas 370 a 373 y " New Type of Silicon Material with High Quality Surface Layer on Insulating Defect Layer", Electronic Letters, 28 (1992) 652-653.
Además, el documento US-A-5 935 345 desvela un proceso para la producción de dicho material fotovoltaico con una eficiencia de absorción incrementada en IR, que comprende una subestructura amortizada enterrada cerca de la cara frontal o superior.
El documento WO-A-01/039281 desvela una evolución del proceso anterior, con el objetivo de preservar en la mayor medida posible los defectos beneficiosos y limitar la dispersión de los rendimientos del material y dispositivos fotovoltaicos resultantes.
Sin embargo, estos métodos conocidos no podrían conducir a un proceso de producción que dotara a los materiales fotovoltaicos de características constantes o previsibles y garantizara rendimientos de conversión muy altos, ya que los mecanismos involucrados, así como los medios y condiciones beneficiosos solicitados, no se entendían completamente hasta ahora y ya que se dispone de ningún método de control tecnológico actual capaz de evaluar las características y la calidad de conversión de la subestructura de semiconductores modificada.
En particular, no se tuvieron en cuenta dos fenómenos limitativos importantes, a saber: la opacidad inducida por la luz (véase Z. T. Kuznicki et al, "Solar light-induced opacity of Mind cells", 1-4244-0016-3/06, iEe E, 2006) y transporte electrónico en gas de electrones denso o material semiconductor amortizado. El documento "Electronic transport in mind model solar cells: collection efficiency in the presence of a-Si/c-Si heterointerfaces", de M. Ley et al, 29TH IEEE PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE, NEW YORK, NY: 19 de mayo de 2002 (2002-05-19), páginas 138 141, desvela una subestructura de a-Si amortizada continua con heterointerfaces de a-Si/c-Si nítidas insertadas en una oblea de c-Si mediante implantación de iones P seguida de un tratamiento térmico a 500 °C.
Es un objetivo principal de la presente invención superar las limitaciones y los inconvenientes mencionados anteriormente.
Por tanto, la presente invención se refiere, en primer lugar, a un método para producir un material fotovoltaico capaz de absorber y sacar provecho de fotones de alta energía o energéticos, en particular fotones UV y visibles, como se especifica en la reivindicación 1.
La unión P-N puede definir, dependiendo de su posición en el material semiconductor, un emisor delgado (material
semiconductor de tipo p) o un emisor grueso (material semiconductor de tipo n).
En la presente memoria descriptiva, "metamaterial" significa un material artificial que muestra propiedades físicas que van más allá, son complementarias o significativamente mayores en comparación con las propiedades correspondientes del material natural correspondiente, a pesar de la preservación de su composición química original. Más específicamente, el metamaterial abordado en el presente documento puede ser una capa continua o discontinua, pero también un campo de aglomerados de tipo perlas, y muestra en particular una absorción óptica muy alta, una generación/conversión secundaria de baja energía, una multiplicación de los electrones de baja energía y de los portadores libres, un transporte electrónico específico, una mayor sensibilidad a la intensidad de excitación y una fuerte no linealidad óptica.
De acuerdo con una primera alternativa de proceso, la invención propone generar lagunas dobles en las proximidades de la o una heterointerfaz entre dos fases del material semiconductor o dos tipos de materiales semiconductores mediante un haz de energía, por ejemplo un haz de electrones.
De acuerdo con una segunda alternativa de proceso, se puede proponer amorfizar al menos un área o región del material semiconductor para crear un área o región de absorción correspondiente para los fotones energéticos, y a continuación preservar los defectos estructurales generados durante la amorfización durante las siguientes etapas de producción.
El método de producción de la invención también comprende, preferentemente después de la etapa c), al menos una etapa de tratamiento térmico del material fotovoltaico de duración e intensidad determinadas, con un balance energético total de dicho o dichos tratamientos térmicos dependiendo al menos de la profundidad y el grosor del o de los campos o regiones de metamaterial enterrados, del o de los niveles de dopaje, grados de ionización y energías de dichas impurezas implantadas o difundidas, en el o los perfiles de dopaje, de la densidad deseada de los defectos estructurales y de la actividad optoelectrónica buscada de los defectos activos.
Ventajosamente, el tratamiento térmico consiste en una etapa inicial de recocido continuo, seguida de al menos un ciclo de sucesivas secuencias de recocido discontinuas.
Los documentos US-A-5935345 y WO-A-01/039281 describen posibles ejemplos de operaciones de amorfización, dopaje y tratamiento térmico, y la enseñanza y el contenido de estos dos documentos se incorporan en el presente documento como referencia.
Cabe señalar que las etapas a) ad) del proceso de producción, así como la etapa de tratamiento térmico, se pueden realizar en el orden indicado anteriormente o en un orden diferente.
En particular, se puede contemplar una mezcla o entrelazado de las etapas b) a d) del tratamiento térmico, al menos en parte, con las diversas operaciones realizadas en la etapa a).
Para asegurar una calidad constante del material producido, se prevé realizar in situ al menos una etapa no destructiva de caracterización y control del material fotovoltaico durante y/o al final de su proceso de producción, preferentemente sobre muestras elegidas al azar.
Preferentemente, se realizan varias etapas de caracterización y control durante el proceso de producción del material fotovoltaico mediante mediciones de reflexión o absorción a diferentes longitudes de onda y comparación con muestras estándar o de referencia, usando datos de referencia previamente recopilados almacenados.
Como alternativa, dichas etapas de caracterización y control también se pueden realizar mediante parámetros eléctricos, preferentemente capacidad, mediciones a diferentes longitudes de onda y comparación con muestras estándar o de referencia, usando datos de referencia previamente recopilados almacenados.
Como se muestra en las figuras 1 y 11, el proceso de producción puede consistir en formar una capa o campo de metamaterial semiconductor continuo o discontinuo íntimamente asociado con un área o región continua o discontinua de material semiconductor amorfizado, ubicado en o cerca de la superficie superior del material semiconductor, formando tanto el campo como la región juntos una subestructura frontal.
Como se muestra en las figuras 4, 13 y 14, también se puede contemplar formar, simultáneamente o en ciclos de producción sucesivos, al menos dos capas o campos a nanoescala de metamateriales semiconductores continuos o discontinuos, estando al menos uno de los cuales enterrado dentro del grosor de dicho material en la parte emisora o de base e íntimamente asociado con un área o región continua o discontinua respectiva de material semiconductor amorfizado, que comprende el mismo tipo de impurezas dopantes y forma, con la capa o campo de metamaterial asociado respectivamente, una subestructura.
De acuerdo con la invención, el ajuste de los parámetros de las sucesivas etapas de producción operativa es tal que el grosor de la o cada capa de material semiconductor amorfo plano esté comprendido entre 10 nm y 50 nm y que la anchura del o de los campos o regiones de metamaterial asociados respectivamente, en la forma de una capa o capas continuas o discontinuas, con un grosor menor de 15 nm, preferentemente menor de 10 nm, teniendo el
material semiconductor preferentemente un grosor comprendido entre 5 |im y 500 |im, preferentemente entre 10 |im y 280 |im.
Cabe señalar que la transmisión de la luz se puede mejorar reduciendo el grosor de la amorfización superficial (el límite es la preservación de la restricción mecánica útil).
Esta se mejora manteniendo bajas las energías de implantación amortizante (formándose la formación <c-Si> más cerca de la superficie frontal) o eliminando parcialmente la capa amortizada por medio de un proceso de grabado iónico reactivo (RIE). Este último proceso aumenta también la velocidad de recombinación superficial al formar una nanocapa superficial dañada.
De acuerdo con una realización ventajosa de la invención, el método de producción puede consistir en realizar una etapa de amorfización local, seguida de etapas adecuadas de dopaje y recocido, a través de una máscara de implantación adaptada de modo que la o cada capa amorfa y la o las capas de metamaterial asociadas formen juntas una subestructura que se extiende paralela a la superficie superior del material fotovoltaico o una subestructura que se extiende inclinada, preferentemente perpendicular, a la superficie superior del material fotovoltaico.
De acuerdo con la invención, el balance energético total del tratamiento térmico para una capa continua de metamaterial plano a nanoescala enterrada dentro de la parte emisora del material fotovoltaico es aproximadamente equivalente al de un recocido térmico continuo de una duración de aproximadamente 30 a 50 minutos, preferentemente de aproximadamente 40 minutos, a una temperatura comprendida entre 450 °C y 600 °C, preferentemente de aproximadamente 500 °C.
El tratamiento térmico se puede realizar como se describe en los documentos US Y WO citados anteriormente, o puede consistir en recocido láser o recocido RTA/RTP combinado con depósito de capa epitaxial para adaptar la geometría en términos de disposición, distancias, restricciones de termalización y optimización de la constante de tiempo.
Con el fin de facilitar la extracción del portador libre, se puede contemplar la formación de proyecciones de material conductor amortizado implantadas localmente en forma de columnas o barras, que se extienden desde la o las subestructuras hacia la superficie superior.
La presente invención también se refiere a un método para producir un dispositivo fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía, en particular fotones UV y visibles, preferentemente además de fotones IR, caracterizado por que consiste en:
- proporcionar una losa, oblea o esquirla del material fotovoltaico producido de acuerdo con el método descrito anteriormente, con al menos una subestructura activa que comprende al menos un área o región de absorción para los fotones energéticos y al menos un campo o región a nanoescala de metamaterial,
- formar estructuras conductoras delanteras y traseras sobre dicha losa, oblea o esquirla capaces de extraer los portadores generados dentro del material fotovoltaico,
- someter a la superficie frontal y/o trasera de dicha losa, oblea o esquirla a uno o más tratamientos adicionales para alterar sus propiedades de reflexión y/o conversión.
Ventajosamente, se pueden formar tiras de contacto ranuradas que penetran en la al menos una subestructura. Para aumentar la eficiencia de conversión del dispositivo de manera complementaria, se puede considerar formar en la cara trasera de la losa, oblea o esquirla, una capa caracterizada capaz de realizar la absorción plasmónica de las radiaciones IR y una conversión ascendente en, preferentemente, verde o azul, por ejemplo proporcionando una capa de iones Er3+ enterrada cerca de dicha cara trasera.
Una posible forma de producir los medios necesarios para este mecanismo de conversión ascendente se describe en el documento "Enhanced upconversion by plasmonic field concentration", L. Kuipers, A. Polman, MRS Fall Meeting 2008, 1-15 de diciembre, Boston, EE. Uu .
Para realizar una conversión óptima de la conversión ascendente, el proceso de producción se realiza ventajosamente de modo que el material fotovoltaico de la losa, oblea o esquirla comprenda una subestructura activa que incorpore un área o región de absorción para los fotones energéticos y al menos un campo o región de metamaterial a nanoescala, cerca de su cara trasera.
De acuerdo con una característica adicional de la invención, que mejora de la tasa de absorción del dispositivo, el proceso también puede comprender una etapa de formar, en la superficie frontal, una nanoestructura multicapa antirreflectante y transmisora de luz que tiene un perfil de índice graduado, diseñada para acoplar ópticamente, de una manera casi perfecta, el material fotovoltaico y su entorno frontal.
A modo de ejemplo, dicha nanoestructura frontal antirreflectante puede consistir en un recubrimiento como el descrito por Kuo et al., en el documento "Realisation of a near perfect antireflection", OPTICS LETTERS, 2527-2529, vol. 33, No. 21, 1 de noviembre de 2008.
Por último, el método de acuerdo con la presente invención comprende la fabricación de un dispositivo fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía, en particular fotones UV y visibles, además de fotones IR, produciéndose dicho dispositivo de acuerdo con el método descrito anteriormente y comprendiendo una losa, oblea o esquirla de material fotovoltaico de tipo p y de tipo n producido de acuerdo con el método también descrito anteriormente, que tiene una superficie superior destinada a ser expuesta a radiación fotónica, que tiene una unión P-N incorporada que delimita una parte emisora y una parte de base, que tiene medios de recogida y extracción de portadores delanteros y traseros y que comprende al menos un área o región específicamente diseñada o adaptada para absorber fotones de alta energía o energéticos y ubicada adyacente a o cerca de al menos una heterointerfaz, dispositivo caracterizado por que dicha losa, oblea o esquirla de material fotovoltaico comprende también al menos un campo o región de metamaterial que forma una cavidad de generación de portador secundario de baja energía, que es contigua o próxima a la al menos un área o región de absorción para los fotones energéticos y sometida a un campo eléctrico incorporado o aplicado que tiene una intensidad suficiente para retirar y alejar los electrones secundarios liberados por los electrones calientes primarios de sus sitios iniciales dentro del área o región de metamaterial en cuestión, a una velocidad suficiente para evitar su retorno a dicha región o campo de metamaterial, formando así una subestructura que realiza la conversión de múltiples fases, donde la densidad de lagunas dobles dentro del o de los campos o regiones metametálicas es mayor que 1018 lagunas dobles/cm3, preferentemente mayor que 1019 lagunas dobles/cm3, más preferentemente mayor que 1020 lagunas dobles/cm3 y la conducción entre el metamaterial y el material de tipo n adyacente respectivamente tiene una constante de tiempo que es a lo sumo de la misma magnitud que la constante de tiempo de generación del portador secundario.
El dispositivo fotovoltaico comprende, preferentemente, al menos una subestructura de conversión de múltiples fases combinada, preferentemente ubicada en o cerca de la superficie frontal o superior del material fotovoltaico que forma el componente activo del dispositivo.
De acuerdo con posibles características adicionales, el dispositivo también puede comprender:
- como estructuras delanteras colectoras y conductoras, tiras de contacto ranuradas que penetran en la al menos una capa de material amorfo;
- en la cara trasera de la losa, oblea o esquirla, una capa de metal caracterizada diseñada para realizar la absorción plasmónica de radiaciones IR y que coopera con una capa de conversión ascendente y un campo o región de metamaterial a nanoescala ubicado cerca de la cara trasera;
- en la superficie frontal, una nanoestructura multicapa antirreflectante y transmisora de luz que tiene un perfil de índice graduado;
- al menos dos subestructuras, al menos una ubicada cerca de la superficie superior y al menos una ubicada cerca de la cara trasera del material fotovoltaico.
La invención se entenderá mejor gracias a la siguiente descripción y dibujos de diferentes realizaciones de dicha invención que se dan como ejemplos no limitativos de la misma. En los dibujos:
La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de capas de Si a nanoescala que contiene un metamaterial (nanocapas de <c-Si>) de silicio nanoestructurado que ha sido obtenido por dopaje, implantación de iones y tratamiento térmico adecuado (dibujo no a escala). Dos capas superiores (c-Si y <c-Si>), por encima del límite de recolección, representan un depósito superficial lleno de portadores libres resultantes del dopaje y las generaciones primarias y secundarias ligeras;
La figura 2 muestra en las dos vistas superiores una ilustración de las transformaciones estructurales de las zonas de transición de la heterointerfaz c-Si/a-Si superior e inferior realizadas mediante un adecuado tratamiento térmico. Las imágenes de HREM muestran: 1) un desajuste estructural de a-Si y c-Si justo después del procesamiento de implantación de iones (imagen superior izquierda) y 2) la separación nítida final de las dos fases de Si (a-Si y c-Si) (imagen superior derecha) y en las dos vistas inferiores zonas de transición recocidas de dos heterointerfaces a-Si/c-Si, superior (izquierda) e inferior (derecha). La transición de orden/desorden cristalino mecánicamente relajada está en la escala atómica. El metamaterial de Si está confinado dentro de las zonas de transición sometidas a deformación;
La figura 3 muestra las transformaciones de heterointerfaces a-Si/c-Si resultantes realizadas mediante recristalización controlada de la fase amorfizada. Imágenes de X-TEM que ilustran la transformación de una capa amorfizada con sus zonas deformadas: (a) tal como se implantó, (b) tras un adecuado tratamiento térmico a aproximadamente 500 °C. La deformación por tracción 2D dentro del c-Si aparece como bandas más oscuras cerca de la interfaz (las zonas más oscuras, que aparecen más lejos de la interfaz, corresponden a defectos extendidos posteriores a la implantación). Una deformación similar está presente también en una excelente
heterointerfaz SÍO2/SÍ después de un tratamiento adecuado (c);
La figura 4 es una figura comparativa (imagen real/gráfico esquemático) de una subestructura plana de múltiples interfaces realizada por recristalización controlada de la fase amortizada (enterrada por la implantación de iones y el procesamiento posterior a la implantación dentro de un Si cristalino) y el esquema correspondiente que ilustra los detalles del sistema en capas de Si a nanoescala en 2D resultante. Hay tres nanocapas deformadas, denominadas <c-Si> (dos en las heterointerfaces activas a-Si/c-Si y una en la heterointerfaz superficial SiO2/Si), contienen un metamaterial de Si;
La figura 5 es una vista de un ejemplo de una nanoestructura después de un tratamiento térmico relativamente largo (el grosor total de a-Si es de aproximadamente 5 nm). La buena cristalinidad en las zonas recristalizadas es bien visible;
La figura 6 es un gráfico esquemático que muestra la distribución de las deformaciones en 2D locales en una muestra tal como se implantó (A) y recocida (B). Las distribuciones están normalizadas al grosor de a-Si (dibujo no a escala). El efecto ha sido visualizado por difracción de rayos X;
La figura 7 es una representación gráfica que ilustra la comparación de perfiles de fósforo (31P) difundidos a 850 °C y medidos por SIMS después de la amorfización de iones y el procesamiento relacionado;
La figura 8 es una representación gráfica que ilustra la comparación de perfiles de fósforo (31P) doblemente implantados, energías de implantación: 15 keV y del intervalo comprendido entre 100-250 keV, medidas por SIMS después de la amorfización de iones y el procesamiento relacionado. La línea continua muestra el perfil de fósforo implantado (31P) resultante del código SRIM de simulación Monte-Carlo para energía de implantación de 180 keV;
La figura 9 comprende dos vistas que muestran ejemplos (imágenes de TEM) de diferentes geometrías de nanoestructuras de Si enterradas dentro del Si cristalino: imagen izquierda - amorfización discontinua e imagen derecha - capa con sistema de valle circular local;
La figura 10 comprende tres vistas que ilustran ejemplos de amorfización discontinua enterrada realizada a través de una máscara de implantación (por microscopía óptica). La estructura cristalina restante aparece como la línea oscura de anchura que varía entre 2 y 10 |im de una imagen a otra. La banda de borde de diferente intensidad de gris (en las esquinas superiores derechas) representa la capa de marco de SiO2 usada en esta fase del procesamiento;
La figura 11 es una representación esquemática de un ejemplo de un convertidor de dos membranas: membrana-en (2) representada por el <c-Si> nanoestrato de un metamaterial y membrana-el (4) como es la unión PN. El nanoestrato <c-Si> divide el emisor en dos partes: i) superior, con un baño de electrones calientes y electrones conductores a una energía cercana al equilibrio (1) y ii) inferior, con portadores cercanos al equilibrio (3). La base (5) ocupa todo el volumen debajo de la unión PN (dibujo no a escala). La corriente recolectada (c1 c2) es mayor que solo para la conversión convencional (c1);
La figura 12 es una representación gráfica que ilustra el mecanismo de conversión de múltiples fases, en particular una diferencia escalonada entre CE convencional (diamantes) medido y simulado después de la corrección óptica del confinamiento. La CE convencional se ha simulado usando los datos experimentales. La línea continua escalonada resulta de la simulación de la multiplicación de portadoras con una probabilidad de 0,8. Un estrechamiento de la banda prohibida de las impurezas, causado por un fuerte dopaje con P, aumenta la CE a las energías de fotón más bajas;
La figura 13 es una vista esquemática de una oblea de Si cristalino que contiene una subestructura enterrada que puede combinar características optoelectrónicas (no a escala). Las transformaciones a nanoescala conducen a la superposición de varias capas específicas y especialmente un metamaterial de Si; tres nanocapas indicadas <c-Si>; una en la interfaz SiO2/Si y dos en las interfaces a-Si/c-Si (etiquetados en la figura como nanoestructuras activas superior e inferior). Uno de los efectos específicos, es decir, el depósito de portadores libres de superficie, resulta del límite de recolección de portadores (CCL) que aparece en la interfaz a-Si/c-Si superior. El gráfico superior ignora la acumulación de portadores libres (confinamiento), mientras que el gráfico inferior lo tiene en cuenta, lo que indica de manera más realista regiones de fuerte absorción de luz. Otro efecto específico se refiere a las propiedades de recolección de los portadores libres fotogenerados; señalado por flechas de recolección de portadores y de corriente de conducción, y
La figura 14 es una vista esquemática de un ejemplo de célula con una arquitectura plana que contiene una de las posibles combinaciones que sacan provecho de los sistemas de capas de Si a nanoescala con un metamaterial de Si. La disposición (tres subestructuras dentro del emisor, la base y la zona de la cara trasera) permite una mejor conversión de componentes específicos del espectro solar teniendo en cuenta la profundidad de penetración media de los fotones.
La invención y, más concretamente, el método de producción fotovoltaica que constituye el objeto principal de la
invención, se describirá con más precisión, y a modo de ejemplo, a continuación.
El método inventivo para la producción del material fotovoltaico que incorpora al menos una subestructura activa con al menos una formación continua o discontinua de metamaterial (región, campo o capa) implica una transformación física local que puede realizarse, por ejemplo, mediante implantación iónica y tratamiento térmico adecuado. Este proceso de producción puede dar como resultado diversos tipos de metamaterial dependiendo de los ajustes y condiciones del proceso, después de estudios preliminares. Por lo tanto, es posible producir un metamaterial que se adapte a la aplicación específica prevista (optoelectrónica o fotovoltaica).
Los inventores han realizado varias realizaciones del material fotovoltaico, que se diferencian entre sí por la situación de la formación a nanoescala de metamaterial <c-Si> (en la interfaz SiO2/c-Si como en las figuras 4 y 13 y/o en una interfaz a-Si/c-Si como en las figuras 1, 4 y 11), por el perfil de dopaje, por el grosor de las nanoformaciones superpuestas, por la dosis y energía de implantación, por las condiciones y duración del recocido, por el tipo y calidad del tratamiento superficial, por ejemplo.
Como se ilustra en las figuras 4 y 13, la interfaz SiO2/c-Si se puede formar primero por medio de una oxidación térmica (sacrificial), seguida de la implantación de iones y el tratamiento térmico y una etapa de pasivación final. El tratamiento térmico varía dependiendo de las propiedades solicitadas, por ejemplo realizando primero un recocido continuo y terminando a continuación con ciclos secuenciales. A través de todas estas etapas de producción, el material fotovoltaico se somete a mediciones de control con el fin de verificar el resultado de la etapa de producción anterior y ajustar los parámetros de la siguiente etapa de producción, durante el proceso de producción. El estudio de la producción del proceso se puede realizar en particular mediante comparaciones sucesivas de muestras de producción con estándares correspondientes a la aplicación final en cuestión.
La principal característica común de todo material fotovoltaico producido de acuerdo con la invención consiste en la no linealidad de sus propiedades ópticas y electrónicas, obtenidas aprovechando las propiedades fisicoquímicas del material de Si o GaS incorporando y al menos un sistema de capas a nanoescala.
Las nuevas propiedades optoelectrónicas pueden ilustrarse en particular por el coeficiente de absorción (parámetro de control), que ya no es lineal sino que varía en un intervalo bastante amplio dependiendo de la intensidad de excitación óptica y la densidad de dopaje. Como ejemplo ilustrativo, el inventor ha medido un valor del coeficiente de absorción, a 800 |im, cuarenta veces mayor en un metamaterial de acuerdo con la invención que en el silicio cristalino (es decir, mayor que el valor del coeficiente de absorción del silicio amorfo).
Para obtener un silicio en metamaterial nanoestructurado, el cristal de silicio debe ser transformado localmente mediante la superposición de varios efectos físicos que alcanzan intensidades excepcionalmente altas (véase la figura 1).
Los factores involucrados son: nivel de dopaje, intensidad de la restricción mecánica local y del campo eléctrico intrínseco, tipo, densidad y estado de carga eléctrica de los defectos estructurales. Dichos efectos pueden aparecer en la heterointerfaz que divide dos fases diferentes (amorfa y cristalina) del semiconductor que resultan de un tratamiento cinético que preserva los enlaces interatómicos a través del plano interfacial (c-Si/a-Si).
Las figuras 2 y 3 ilustran la transformación estructural a nivel atómico sostenida por las áreas de transición de las heterointefaces durante el tratamiento térmico. Cuando se realiza un procedimiento de epitaxia en fase sólida, la separación de las fases se produce en una distancia atómica casi sin enlaces pendientes. La purificación de las fases se logra de manera reproducible y conservando las fuertes restricciones mecánicas locales en la interfaz y la densidad y distribución de los defectos estructurales (en el estado y cantidad solicitados).
El proceso de producción tecnológica debe tener en cuenta, por un lado, las transformaciones estructurales tales como la homogeneización de los materiales de las fases y la desaparición de la inclusión recíproca de las fases opuestas y, por otro lado, otros factores físicos fundamentales solicitados para un transformación exitosa de metamateriales tales como, por ejemplo, la intensidad de las restricciones mecánicas, la densidad y distribución de los defectos estructurales deseables, el estado de carga de estos defectos, la densidad y/o la distribución de los átomos dopantes después del recocido.
La mayoría de las propiedades específicas del material no pueden visualizarse mediante microscopía y deben usarse procedimientos y medios de caracterización particulares indicados anteriormente para obtener el material fotovoltaico de acuerdo con la invención.
En cuanto al tratamiento térmico a aplicar, cabe señalar que la duración y la intensidad de los ciclos térmicos dependen, para una determinada aplicación, de la profundidad del sistema a nanoescala enterrado, de su nivel de dopaje, de la densidad de defectos solicitada y de la actividad optoelectrónica de los defectos activos.
El tratamiento térmico aplicado se determina básicamente por el resultado deseado teniendo en cuenta la etapa de implantación anterior y la preservación de las limitaciones mencionadas anteriormente.
Como se describe, por ejemplo, en los documentos US y WO anteriores, el perfil de dopaje muestra un pico de
concentración de impurezas en la profundidad de cada subestructura activa, mientras que el tratamiento térmico finaliza cada subestructura nivelando las interfaces y estableciendo la profundidad y el grosor de las subestructuras, así como activando las impurezas dopantes y los campos incorporados (en la zona de transición) y curando los defectos de implantación con un efecto limitado en cada subestructura.
Como se indicó anteriormente, la caracterización del material fotovoltaico, es decir, especialmente de la o las subestructuras activas buscadas, se realiza preferentemente durante y al final del proceso de producción. La caracterización puede incluir mediciones ópticas (fotoluminiscencia y reflexión) y/o mediciones electrónicas (corriente, voltaje, carga almacenada, capacidad). Estas mediciones se pueden realizar a diferentes longitudes de onda de radiaciones fotónicas incidentes (400 |im, 700 |im, 800 |im), posiblemente mediante excitación inclinada, e incluyen etapas de comparación con estándares especialmente elaborados y datos recopilados previamente.
En los documentos WO-A-96/02948 y WO-A-01/39281 se describen ejemplos de tratamientos térmicos de aproximación, que podrían adaptarse para ser útiles en la presente invención.
Las diversas condiciones y factores del proceso de producción se pueden simular ventajosamente usando programas de simulación disponibles en el mercado para simulaciones de implantación de iones (tales como SRIM). Como se indicó anteriormente, el material fotovoltaico de acuerdo con la invención puede comprender una sola subestructura activa en forma de un sistema de nanocapas que incluye al menos una capa de metamaterial, de configuración continua o discontinua, y ubicada en la parte emisora o en la parte base del material (véanse las figuras 1 y 11).
En otra realización, dicho material fotovoltaico también puede comprender una subestructura activa dentro de la parte emisora y al menos una segunda subestructura activa dentro de la parte de base (véase la figura 14).
Además, se puede contemplar una subestructura activa suplementaria en o cerca de la superficie frontal o superior del material fotovoltaico y/o en o cerca de la cara trasera de dicho material (véanse las figuras 4, 13 y 14).
En la siguiente memoria descriptiva se expone un ejemplo práctico, no limitativo, de material fotovoltaico producido de acuerdo con la invención.
Se forma una cavidad electrónica plana (amortización de la superficie total) entre la interfaz SiO2/Si y una capa de metamaterial PV enterrada a 27 nm de profundidad.
De acuerdo con la invención, se obtuvo una amorfización superficial (final) de grosor relativamente bajo de 27 nm a partir de la capa de amorfización (inicial) de más de 200 nm - energía de implantación de iones P de 150 keV -mediante dos procesos sucesivos: tratamiento térmico inicial relativamente largo - la epitaxia en fase sólida - y a continuación por RIE, que introduce, con un adelgazamiento adicional, una nanocapa superficial fuertemente dañada.
Los electrones de la generación secundaria provienen de la única nanocapa de metamaterial enterrada bajo la amorfización de 27 nm. La recolección de electrones fríos se realiza a continuación a través de la cavidad electrónica con pérdidas inevitables en el a-Si de 27 nm y en la nanocapa superficial dañada. Entonces, su eficiencia de recolección está en función de la intensidad del flujo incidente y de la composición espectral del flujo incidente. Estos electrones son drenados hacia la superficie gracias al campo eléctrico cuya dirección es impuesta por la unión PN. Este campo no es óptimo para forzar las constantes de tiempo suficientemente cortas en comparación con la probabilidad del regreso del electrón secundario a su sitio original. Esta es una de las limitaciones del metamaterial formado en la parte trasera de la amorfización, en comparación con la capa de metamaterial superior (que tiene una mala orientación eléctrica).
Los electrones calientes o primarios se generan principalmente en la capa de a-Si (lugar de absorción privilegiada de fotones energéticos) y así también están obligados a atravesar material amorfizado perdiendo parte de su energía adicional (mayor difusión en el a-Si que en el c-Si).
A pesar de estas limitaciones, la eficiencia de recolección (CE) es relativamente importante (superior al 100%) excepto en las longitudes de onda más cortas (UV) para las que la absorción superficial es particularmente fuerte, la profundidad de penetración muy baja y la trayectoria libre de los electrones calientes más larga.
La movilidad de los electrones en a-Si también es relativamente baja (del orden de cm2/Vs). La fotogeneración de intensidad media y grande induce la carga almacenada/confinada que está en el origen de la opacidad inducida por la luz.
Los factores adicionales a considerar o las posibles características son:
- estabilidad, uniformidad, continuidad, estanqueidad, flujo de energía: de luz y de electrones, eficiencia de recolección,
- cavidad electrónica (encarcelamiento de electrones calientes) con una o dos (varias) paredes de conversión de energía-población,
- vibraciones de recolección (plasmones),
- capas con gran conductividad (superconductividad a alta temperatura).
Como se expuso anteriormente, cada nanocapa de metamaterial (grosor inferior a 10 nm) se coloca íntimamente junto a al menos una interfaz enterrada.
La transformación física controlada se produce a nanoescala y resulta de la superposición optimizada de varios campos locales de alta intensidad, a saber: un campo mecánico, un campo eléctrico, un campo de defecto estructural y un campo de dopaje, que se configuran y diseñan para trabajar conjuntamente.
En particular, el fenómeno de generación secundaria resulta de la superposición de los defectos estructurales (centros de generación secundaria, confinados dentro de un volumen limitado de la zona de transición de una interfaz enterrada), correctamente ubicados y en el estado correcto de carga eléctrica con un fuerte campo eléctrico, que es necesaria para asegurar el transporte de los electrones secundarios y la regeneración de los centros activos. El confinamiento de los portadores libres (gas portador libre de alta densidad) dentro de un depósito (pozo potencial) ubicado, por ejemplo, en o cerca de la superficie superior, puede considerarse beneficioso o perjudicial de acuerdo con la aplicación final en cuestión. Dicha aplicación del material fotovoltaico impone también el tipo de metamaterial que se solicita y, por tanto, las etapas y condiciones de su proceso de producción.
La variedad y propiedades del metamaterial obtenido de acuerdo con la invención son bastante amplias, pero pueden controlarse ajustando en consecuencia el lugar de la formación del metamaterial (en o cerca de la superficie superior, enterrado más o menos dentro del material fotovoltaico), la especie de dopaje , el tipo de impurezas, la configuración de la interfaz, el tipo de interfaz (por ejemplo, a-Si/c-Si o SiO2/c-Si) y las restricciones mecánicas locales.
Como el metamaterial puede experimentar una amplia gama de variación de propiedades (por ejemplo de los gradientes, las no linealidades), es necesario proporcionar medios y protocolos de control adaptados a escala nanométrica, preferentemente no destructivos y capaces de ser implementados in situ. Los métodos de control óptico parecen los más apropiados.
En el caso de la conversión fotovoltaica en particular, la membrana que forma la nanoformación del metamaterial debe estar incrustada en un entorno útil para el transporte electrónico de los electrones en energía de equilibrio. La mejor solución consiste en formar una cavidad electrónica/termodinámica de modo que cada colisión de un electrón caliente con la pared de la membrana dé como resultado la generación de un electrón adicional que tenga una energía cercana al equilibrio, el cual sea instantáneamente arrastrado fuera de su área de generación por un campo eléctrico adecuado (preferentemente incorporado). La cavidad electrónica debe está dispuesta lo más cerca posible de la cara frontal (expuesta) del dispositivo convertidor, para absorber tantos fotones energéticos como sea posible, es decir, para recuperar la mayor cantidad de energía cinética de los electrones calientes resultantes de la absorción superficial de los fotones energéticos (visibles y UV) antes de su termalización (constantes de tiempo corto, del orden del nanosegundo).
Los medios de recogida delanteros y traseros para dichos dispositivos convertidores son conocidos en general por el experto en la materia.
A continuación se describe un ejemplo específico de material fotovoltaico obtenido en relación con las figuras 11 y 12.
Como se describió anteriormente, la invención proporciona en particular un método para producir material semiconductor en nanoestructuras, más particularmente como se menciona a continuación a modo de ejemplo, Si nanoestructurado producido por amorfización, implantación de iones y tratamiento térmico consecutivo (véase la publicación referenciada [1] más adelante).
Por un lado, la ingeniería de materiales a nanoescala (usando incluso defectos estructurales y relaciones de portador libre/matriz (véase la publicación [3]) ofrece intensas transformaciones físicas del c-Si habitual que conducen a metamateriales de Si. Por otro lado, la superposición de diferentes mecanismos de conversión, a menudo paradójicos a macroescala, expande un solo acto de absorción de fotones en un ciclo de conversión, es decir, el procesamiento de múltiples etapas (véanse las publicaciones [4] y [2]).
Como realización ejemplar y experimental, los inventores han producido una muestra que muestra que la adición de un metamaterial de Si en el emisor conduce a una célula en tándem oculta, es decir, una inclusión de un convertidor complementario en el dispositivo convencional. El convertidor doble resultante contiene dos membranas internas que se separan: portadores de diferentes signos (separación electrón - hueco) y portadores de diferentes energías (separación de electrones con diferente energía), véase la figura 1.
El convertidor convencional funciona debido a las transiciones de electrones entre bandas que crean pares de electrón-hueco. Esta es una generación primaria (conversión) de naturaleza bipolar (corriente c1 en la figura 11). La membrana inferior (llamada aquí membrana eléctrica o membrana-el) está formada por la unión PN. Impone la separación del portador interno (electrones de los huecos) y su movimiento unidireccional de acuerdo con el signo de su carga eléctrica.
El convertidor complementario enfría electrones calientes (generados por fotones energéticos) a través de una generación secundaria (conversión) de electrones adicionales (corriente c2 en la figura 11). La segunda membrana (denominada aquí membrana de energía, membrana-en o nanoestrato de <c-Si>) está constituida por el metamaterial de Si y por la interfaz c-Si/a-Si. En la primera aproximación, la membrana-en separa a los portadores de la misma carga eléctrica (electrones) pero con diferente energía cinética. La probabilidad de colisión de electrones calientes con centros de baja energía (extrínsecos) es alta porque los centros distribuidos dentro de la membrana son numerosos y tienen una gran sección transversal de dispersión. Cada centro tiene un electrón débilmente enlazado, cuya liberación consume una parte de la energía cinética del electrón caliente.
La disposición del espacio del dispositivo juega un papel importante porque en el procesamiento están involucradas constantes de tiempo particularmente cortas. La profundidad de penetración de los electrones calientes formados por fotones muy energéticos cerca de la superficie tiene que estar más limitada por la membrana-en que por la dispersión en la matriz semiconductora. La generación secundaria se puede observar solo cuando la constante de tiempo para este proceso es más corta que la de la termalización intrabanda (conduciendo esta última a la generación de fotones y a la agitación térmica, es decir, al calentamiento).
La liberación por colisión de electrones de los sitios de la red por electrones calientes que conducen a más de un electrón recolectable se conoce como ionización por impacto (véase la publicación [5]). Ha sido demostrado experimentalmente en el Si cristalino en 1993 por Kolodynski et al. (véase la publicación [6]). La energía cinética de un electrón liberado por impacto es cercana a la de los portadores equilibrados (a 300 K, v = 107 cm/s; entonces E = 0,5 mv2 “ ... eV). La energía de generación secundaria entre bandas es demasiado alta (aproximadamente 3,5 eV) para ser beneficiosa para la conversión de la luz solar en electricidad (véase la publicación [7]). La generación secundaria eficiente a partir de fotones solares requiere aproximadamente un orden de magnitud menor de energía específica (mucho menos que la banda prohibida de Si de 1,1 eV), es decir, de aproximadamente 0,3 - 0,4 eV (véase la publicación [8]).
Los centros correspondientes con liberación de electrones de baja energía, de aproximadamente 0,274 eV, se han injertado dentro de una capa de metamaterial fuertemente dopada de tipo n (véase la publicación [9]). Las principales diferencias de un sistema de este tipo que funciona de manera similar a la ionización por impacto bien conocida son su energía específica y la disposición espacial geométrica del emisor.
En general, los electrones calientes no se pueden recolectar porque su alta energía cinética los hace insensibles al campo eléctrico aplicado y también debido a la pequeña área de los electrodos recolectores (menos del 5 % de la cara frontal). Al pasar a la interfaz de capa de semiconductor/pasivación en la cara frontal, se reflejan; moviéndose en la otra dirección hacia la interfaz a-Si/<c-Si> enterrada, se enfrían. En la masa del emisor superior están inevitablemente termalizados parcialmente.
Los electrones secundarios con baja energía cinética (correspondientes a la temperatura del dispositivo) son sensibles al campo eléctrico aplicado. Debido a que la membrana-en tiene su propio campo eléctrico incorporado (dirigido de acuerdo con el de la unión PN), se impone el movimiento unidireccional de electrones secundarios hacia la cara frontal y, como consecuencia, una separación suficientemente rápida de su sitio de creación está garantizada.
La extracción de electrones rompe la neutralidad eléctrica local, como en la unión PN. Para restaurar el estado anterior, es decir, para regenerar el centro, otro electrón llega a través de la interfaz a-Si/<c-Si> desde el emisor inferior. En la base de tipo P, la continuidad de la corriente es asumida por la conducción del hueco (corriente c2 en la figura 11).
La magnitud de la población adicional depende de la energía fotónica absorbida y de la dinámica de la membrana. La corriente recolectada resulta de un juego complejo de diferentes constantes de tiempo que describen la termalización del portador, el transporte de electrones, la extracción de electrones y la relajación del centro. Cuando la regeneración del centro es lo suficientemente rápida, la multiplicación de electrones se vuelve lo suficientemente eficiente como para aparecer como escalones en la curva espectral de la corriente de cortocircuito frente a la energía del fotón; cuanto mayor sea la energía del fotón, mayor será el orden de multiplicación. La aparición explícita de órdenes de multiplicación resulta de una conversión suave de múltiples fases.
La demostración experimental de nuevos mecanismos se ha llevado a cabo en una arquitectura en sándwich de Si amorfizado/metamaterial de Si/Si cristalino (a-Si/<c-Si>/c-Si) (véase la figura 11). Las muestras de prueba se prepararon mediante una amorfización de la superficie total de una oblea de c-Si mediante implantación de iones y tratamiento térmico posterior (véase la publicación [10]). El procesamiento térmico conduce a una única interfaz a-Si/<c-Si> enterrada y a un nanoestrato de metamaterial adyacente. Esta estructura ha sido elegida para evitar que
aparezca una segunda interfaz a-Si/<c-Si> en muestras con una nanocapa de a-Si enterrada (véase la publicación [10]).
En el caso de la nanocapa de amortización enterrada, tal como se muestra en la figura 13, una de las interfaces a-Si/<c-Si> (la superior) presenta una barrera potencial que bloquea la recolección de portadores del emisor superior (véase la publicación [11]). En otras palabras, funciona como un límite de recolección de portadores (CCL) que limita a los portadores dentro del emisor superior (véase la publicación [11]). Este confinamiento debe reducirse o evitarse para observar una mayor conversión de PV, por ejemplo, usando excitaciones débiles (con el CCL) o fabricando una estructura sin ningún CCL.
El experimento realizado por los inventores es el más simple posible asumiendo, sin embargo, el conjunto de datos necesario y suficiente. Las diferencias de las muestras se limitaron a los dos únicos parámetros: el grosor de la capa amorfizada y el estado de la pasivación de la cara frontal. Ambos son fáciles de controlar en la arquitectura multicapa del material fotovoltaico de la muestra. De esta manera, se evitan posibles diferencias de diseño y fabricación de la muestra, así como el procedimiento experimental y las interpretaciones.
En primer lugar, el grosor de la capa amorfizada se puede modificar mediante epitaxia en estado sólido (determinada por el tiempo de recocido) (véase la publicación [12]). Esto conduce a una familia de muestras diferenciadas únicamente por el grosor de amorfización.
En segundo lugar, el estado de la superficie del semiconductor se puede controlar mediante la pasivación de la superficie. En particular, son posibles dos casos extremos: una excelente pasivación electrónica y una ausencia de pasivación combinada con una nanocapa superficial muy dañada. La tasa de recombinación de la superficie determina la acumulación de portadores libres (o no) dentro de la capa de a-Si.
El experimento se dividió en dos fases. Al principio, las muestras con una capa amorfizada se cubrieron con una capa de pasivación de Si3N4 de 70 nm. Se cuidó especialmente la calidad de pasivación.
Después de una caracterización completa de la muestra, esta pasivación fue atacada por grabado iónico reactivo (RIE). De esta forma, todos los dispositivos estudiados conservaron una arquitectura interna idéntica, es decir, los estratos que forman la base, la zona de transición de la unión PN y el emisor inferior de c-Si. El electrodo de rejilla de Al trasero, los espejos de SiO2/Al y el campo de la superficie trasera también permanecieron iguales después de la RIE. Las pequeñas diferencias en el grosor de c-Si después de diferentes tiempos de recocido son insignificantes desde el punto de vista optoelectrónico. Los espectros de pérdida de energía electrónica (EELS) muestran que el nanoestrato de metamaterial del metamaterial conserva su grosor de aproximadamente 10 nm independientemente del tiempo de recocido.
Los principales resultados experimentales que pudieron notificarse se obtuvieron mediante mediciones detalladas de la respuesta espectral y la reflectividad relacionada de muestras con una cara frontal desnuda. Esta caracterización requería una buena precisión absoluta o una comparación con los correspondientes dispositivos de referencia. La configuración de la respuesta espectral usó un sistema de filtros de paso de banda y una célula de referencia convencional (que tiene una excelente eficiencia de conversión del 20 %) con sus archivos de datos de una oficina de normalización. La reflectividad óptica se midió usando un aparato semiesférico y una referencia estándar. El error de medición, después de la estabilización térmica, fue inferior al 2 %.
Aparecen nuevos efectos en las corrientes recolectadas y las eficiencias de recolección relacionadas (CE). Una comparación de CE de muestras de prueba con las de sus contrapartes convencionales demuestra un comportamiento escalonado específico (véase la figura 12). El único parámetro que distingue a los dispositivos de prueba de los inventores representados en la figura 1 de las células convencionales correspondientes es el nanoestrato de metamaterial Si colocado en el lado c-Si de la interfaz enterrada a-Si/c-Si. La CE de los sándwiches a-Si/c-Si, sin ningún nanoestrato de metamaterial, podría simularse debido al conocimiento de los coeficientes de absorción de Si amortizado (a-Si (véanse las publicaciones [13] y [14])) y Si cristalino (c-Si (véase la publicación [15])).
El coeficiente de absorción de la zona amorfizada de los dispositivos de prueba no es lineal y depende de la pasivación de la superficie [18, coeficientes de absorción]. Cuanto mejor sea la pasivación, mayor será el coeficiente de absorción. El valor del coeficiente de absorción de las muestras investigadas varió entre dos conjuntos de datos notificados en la bibliografía para películas delgadas de Si amorfo [13, 14, coeficientes de absorción del material de Si amorfizado]. En el mismo dispositivo con diferente estado de la superficie del semiconductor, la única diferencia que puede explicar la variación del coeficiente de absorción es la acumulación de portadores libres en la capa de a Si. Una cara frontal desnuda acelera la recombinación de la superficie al reducir la densidad de la población de portadores acumulada. Aparece una acumulación de portadores en la capa de a-Si debido a la inyección de portadores del c-Si en el a-Si. Esta inyección conduce al efecto Gunn, es decir, la acumulación de portadores debido a la disminución de la movilidad de los electrones en el a-Si. Las movilidades de electrones en Si cristalino y amorfo son, respectivamente, aproximadamente 1000 cm2/Vs y 1-10 cm2/Vs.
En una primera aproximación, la capa amorfa se puede tratar como una zona muerta para la conversión de PV, es
decir, todos los fotones absorbidos en esta zona generan portadores libres no recolectables. Sin embargo, contrariamente a su comportamiento electrónico, la población acumulada es ópticamente activa. Se simuló la CE de los sándwiches a-Si/c-Si convencionales correspondientes usando una pila de dos capas con nuestros datos experimentales para materiales amortizados y cristalinos y suponiendo una interfaz a-Si/c-Si perfecta.
La figura 12 muestra la diferencia de CE obtenida al restar la CE convencional simulada (suave) de su contrapartida medida (no lineal). El grosor de amortización (zona muerta) de la muestra desnuda fue de 26,6 nm. La generación de baja energía y la multiplicación de portadores son visibles como un efecto escalonado o un proceso de múltiples fases. Una energía de fotones más alta da una población adicional más grande al generar varias colisiones. La misma figura 12 muestra las etapas de una multiplicación simulada correspondiente con una probabilidad de generación secundaria de 0,8 (véase la publicación [16]).
La primera paso de multiplicación aparece en el rango de energía de los fotones que se encuentra entre 1,444 y 1,718 eV. Los órdenes de multiplicación más altos (segundo, tercero, cuarto) son bien visibles, con una energía específica de 0,274 eV. Por tanto, un fotón energético puede crear dos, tres, cuatro o incluso más electrones mediante sucesivas colisiones liberadoras de electrones con defectos que conducen a múltiples transiciones desde un nivel de energía de defecto a la banda de conducción indirecta.
La curva experimental de la figura 12 requiere algunos comentarios complementarios. Debido a que algunos de los fotones infrarrojos pueden alcanzar el excelente espejo de SiO2/Al que cubre aproximadamente el 95 % de la superficie trasera, es necesaria una corrección para la conversión en el c-Si. El efecto conocido como confinamiento óptico aumenta la CE debido al cruce múltiple de la zona activa por los fotones IR reflejados. El electrodo de Al/c-Si trasero tenía la misma forma de rejilla que el de la cara delantera. Los espacios entre los dedos de metal fueron pasivados por el SiO2 y el lado trasero externo fue cubierto totalmente por una capa de Al. Otra especificidad de los dispositivos de prueba es la fuerte mejora relativa de la CE en el rango de IR (hv < 1,25 eV) como resultado del estrechamiento de la banda prohibida debido al fuerte dopaje P (más de 1020 cirr3).
La figura 12 muestra también dos especificidades de conversión en el sándwich a-Si/c-Si. Los electrones calientes con suficiente energía adicional generada en el emisor amorfo superior requieren fotones de energía relativamente más alta que los de c-Si debido a la mayor banda prohibida en a-Si; Eg_a-Si > 1,54 eV [17, Tauc, banda prohibida mínima de Si amorfo]) en comparación con c-Si, Eg_c-Si = 1,17 eV (véase la publicación [17]). Por esta razón, la primera etapa (primer orden de multiplicación, es decir, 1,444 - 1,718 eV) es proporcionalmente incompleto en comparación con su imagen simulada. Las generaciones secundarias que aparecen se originan a partir de fotones menos energéticos que alcanzan la nanocapa de <c-Si>.
Finalmente, el "ruido" de la curva experimental resulta del método usado para la excitación de luz monocromática. Debido a que el comportamiento optoelectrónico de las muestras no es lineal, los puntos experimentales dependen del filtro de paso de banda, ya que la intensidad de la luz varía de un filtro a otro.
Como se demostró experimentalmente anteriormente en el presente documento, la invención proporciona una generación y multiplicación de portadores de baja energía en un metamaterial de Si resultante de transformaciones a nanoescala del Si cristalino. Se han injertado varios efectos específicos en el emisor convencional. La generación secundaria y la multiplicación tienen lugar en el lado de c-Si de la zona de transición de la interfaz a-Si/c-Si (nanocapa de <c-Si>) que representa un metamaterial de Si con características optoelectrónicas fuertemente no lineales (véase la publicación [18]) . El concepto de los dispositivos de prueba (figura 11) permitió la reducción de la opacidad inducida por la luz. Los efectos podrían mostrarse bajo intensidades cercanas al sol con experimentos relativamente simples realizados en estructuras amorfizadas especialmente concebidas sin ninguna capa de pasivación.
En una estructura multicapa con amortización enterrada (figura 13), donde hay dos capas de metamaterial de Si, una de ellas (la superior) trabaja de manera opuesta al suministrar al depósito superficial una población adicional no recolectable. Esta población amplifica la opacidad inducida por la luz reduciendo y, como consecuencia, el haz transmitido al metamaterial de Si inferior que produce una población adicional recolectable. La nanocapa de <c-Si> superior oculta las generaciones adicionales de la nanocapa <c-Si> inferior debido a su polarización opuesta.
La corriente adicional en el circuito externo significa que los nuevos efectos tienen una dinámica extremadamente rápida. La relajación de los electrones calientes en la capa de metamaterial de Si se modifica en gran medida en comparación con la relajación de los pares de electrón libre-hueco formados en el Si en masa. Por esta razón, los portadores calientes que chocan con la membrana-en, pierden su energía cinética de manera útil en una población adicional de portadores libres de energía cercana al equilibrio. Múltiples generaciones secundarias, dependiendo de la energía del fotón incidente, permiten la conversión de múltiples fases. Una medición de PL/PLE detallada ha confirmado la dinámica extremadamente rápida de las fructíferas colisiones de electrones calientes mediante una extinción parcial de la luminiscencia.
Se ha observado previamente una conversión similar en nanoestratos de <c-Si> superficiales con un grosor de aproximadamente 5-10 nm bajo luz ultravioleta suave (longitud de onda de 400 nm). Los mejores resultados bajo iluminación débil (1013 fotones/s/cm2) dieron 135 electrones por cada 100 fotones absorbidos [8, Hawaii 2006]. En
este caso, los centros de generación secundaria se formaron en la zona de absorción porque la absorción de UV está estrictamente limitada a la región superficial. La superposición de las zonas de absorción y generación secundaria conduce a un retraso extremadamente corto (picosegundos) entre la generación del portador caliente y su colisión con un centro secundario.
El sistema de dos membranas está adaptado a los fotones del espectro solar. La generación de baja energía (con la energía específica Es = 0,274 eV) y la multiplicación con una probabilidad relativamente alta de 0,8 (véase la publicación [16]) permiten una eficiencia termodinámica de más del 60% (véase la publicación [19]). Los experimentos notificados aquí y que ilustran los resultados del proceso de producción inventivo abren el camino a diferentes aplicaciones, especialmente en las áreas de nanofotovoltaica y conversión fotovoltaica de ultra alta eficiencia.
Las publicaciones indicadas anteriormente [1] a [19] son:
[1] Varios tutoriales y artículos presentados sobre nueva energía fotovoltaica y nanofotovoltaica en la 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 11-16 de mayo de 2008, San Diego, California, EE. UU.
[2] Wolf, M., Brendel, R., Werner, J.H., Queisser, H.J. Solar cell efficiency and carrier multiplication in Si1-xGex alloys, J. Appl. Phys. 83, 4213-4221 (1998)
[3] Supancic, P., et al. Transport analysis of the thermalization and energy relaxation of photoexcited hot electrons in Ge-doped GaAs, Phys. Rev. B 53, 7785-7791 (1996)
[4] Kuznicki, Z.T., Meyrueis, P., Multistage PV Conversion using a Metamaterial based on the Nanostructured Si, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 1 a 5 de septiembre de 2008, Proceedings pp
[5] Hodgkinson, R.J., Impact Ionization and Quantum Efficiency in Silicon, Proc. Phys. Soc. 82 58-64 (1963); Ross, R.T., Nozik, A.J., Efficiency of hot-carrier solar energy conversters, J. Appl. Phys. 53, 3813-3818 (1982) y Landsberg, P., Nussbaumer, H., Willeke, G., Band-band impact ionization and solar cell efficiency, J. Appl. Phys., 74, 1451-1452 (1993)
[6] Kolodinski, S., Werner, J.H., Witttchen, T., Queisser, H.J. Quantum efficiencies exceeding unity due to impact ionization in silicon solar cells, Appl. Phys. Lett. 63, 2405-2407 (1993)
[7] J.H. Werner, S. Kolodinski y H.J. Queisser, Novel optimization principles and efficiency limits for semiconductor solar cells, Phys. Rev. Lett. 72, 3851-3854 (1994) y R. Brendel, J.H. Werner y H.J. Queisser, Thermodynamic efficiency limits for semiconductor solar cells with carrier multiplication, Sol. En. Mat. Sol. Cells 41/42, 419-425 (1996)
[8] Kuznicki, Z.T., Meyrueis P., Low Energy Free-carrier Generation in Nanoscale Si-layered Systems: Experimental Evidence, Proceedings of 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-4), 7 12 de mayo de 2006, Hawaii, EE. UU., págs. 107-111
[9] Kuznicki, Z.T., Enhanced Absorption and Quantum Efficiency in Locally Modified Single-Crystal Si, Appl. Phys. Lett. 81, 4853-4855 (2002)
[10] Kuznicki, Z.T., Multiinterface Si Solar Cells with Active Substructures and Active Interfaces, 26th IEEE Photovoltaic Spec. Conf., Anaheim, EE. UU., 29 de septiembre - 3 de octubre de 1997, Proceedings, págs. 291 294
[11] Z. T. Kuznicki et al, "Solar light-induced opacity of Mind cells", 1-4244-0016-3/06, IEEE, 2006
[12] Csepregi, L., Kennedy, E.F., Gallagher, T.J., Mayer, J.W., Sigmon, T.W., J. Appl. Phys. 48, 4234-4240 (1977)
[13] Jellison, Jr. G.E., Chisholm, M.F., Gorbatkin, S.M., Optical functions of chemical vapror deposited thin-film silicon determined by spectroscopic ellipsometry, Appl. Phys. Letters 62, 3348-3350 (1993)
[14] SOPRA, Base de datos de índices de refracción
[15] Green, M.A., Keevers, M.J., Optical properties of intrinsic silicon at 300 K, Prog. Photovolt. Res. Appl. 3, 189 192 (1995)
[16] Kuznicki, Z.T., Meyrueis, P., Multistage PV Conversion using a Metamaterial based on the Nanostructured Si, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 1 a 5 de septiembre de 2008, Proceedings pp
[17] Vardenay, Z., Tauc, J. Hot-carrier thermalization in amorphous silicon, Phys. Rev. Lett. 46, 1223-1226 (1981)
[18] Kuznicki, Z.T., Meyrueis, P., Multistage PV Conversión using a Metamaterial based on the Nanostructured Si, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 1 a 5 de septiembre de 2008, Proceedings pp
[19] Kuznicki, Z.T., Capot, F., de Unamuno, S., Photovoltaic Conversion with Multiplication: Thermodynamic Limits for Any Impact Energy, 2nd World Conference on Photovolatic Energy Conversion (WCPEC), Viena, Austria, 6-10 de julio de 1998, Proceedings págs. 80-83 y Ley, M., Boudaden, J., Kuznicki, Z.T., Thermodynamic Efficiency of an Intermediate-band Photovoltaic Cell with Low Threshold Auger Generation, J. Appl. Phys. 98, 044905 (2005).
Claims (15)
1. Método para producir un material fotovoltaico capaz de absorber y sacar provecho de fotones de alta energía o energéticos, en particular fotones UV y visibles, caracterizado por que dicho método consiste en:
- a) proporcionar o producir un material fotovoltaico convencional de tipo p o tipo n hecho de material semiconductor cristalino inorgánico de Si, que tiene una superficie superior destinada a ser expuesta a radiación fotónica, que tiene una unión P-N incorporada que delimita una parte emisora y una parte de base y que comprende al menos un área o región específicamente diseñada, tratada o adaptada para absorber fotones de alta energía o energéticos, ubicada adyacente o cerca de al menos una heterointerfaz, que divide una fase amorfa y una fase cristalina del semiconductor;
- b) generar o mantener defectos estructurales dentro de un área de tipo n de dicha parte emisora y/o de base del material que consiste en lagunas dobles capaces de funcionar como centros de generación secundaria de baja energía agrupados en una formación o formaciones nanométricas y persistente en procesos de producción y condiciones de conversión fotovoltaica;
- c) introducir, mediante la implantación de fósforo, impurezas dopantes de tipo n, de acuerdo con la intensidad, la energía y el perfil determinados para poner las lagunas dobles en un estado de carga eléctrica en el que se saturen con electrones débilmente enlazados y para proporcionar una excelente conducción dentro de dicha o cada región de impurezas implantadas, tal como la conducción de tipo metálico en material semiconductor altamente dopado, partiendo de una capa de amortización de más de 200 nm obtenida usando una energía de implantación de iones P de 150 keV, reduciéndola a un grosor de 27 nm, mediante un tratamiento térmico largo inicial sucesivo - la epitaxia en fase sólida - y luego el RIE, grabado iónico reactivo, para obtener una nanocapa superficial fuertemente dañada,
donde las etapas b) y c) se realizan de tal manera que dan como resultado que se crea al menos un campo o región de metamaterial basado en semiconductores, como una región de transición de la o de una heterointerfaz, - d) proporcionar un campo eléctrico incorporado o medios para aplicar un campo eléctrico que abarque o se extienda sobre dicho o cada campo o región de metamaterial y muestre una intensidad suficiente para retirar y alejar dichos electrones secundarios liberados de sus sitios iniciales dentro del área o región de metamaterial en cuestión, a una velocidad suficiente para evitar su retorno a dicha región o campo de metamaterial,
donde dicho método también comprende, preferentemente después de la etapa c), al menos una etapa de tratamiento térmico del material, de duración e intensidad determinadas, con un balance energético total del tratamiento térmico para una capa de metamaterial plano a nanoescala continua enterrada dentro de la parte emisora del material fotovoltaico que es aproximadamente equivalente al de un recocido térmico continuo de una duración de aproximadamente 30 a 50 minutos, preferentemente de aproximadamente 40 minutos, a una temperatura comprendida entre 450 °C y 600 °C, preferentemente de aproximadamente 500 °C,
donde el al menos un campo o región de metamaterial se crea, como resultado de las etapas b) y c) anteriores, en un área ubicada continua o próxima al o aun área o región de absorción para los fotones energéticos de la radiación fotónica que impacta en dicho material fotovoltaico, al menos dentro del rango de termalización de los electrones primarios liberados directamente por dichos fotones energéticos y que chocan con los centros de generación de metamaterial de baja energía liberando electrones de generación secundaria en un procesamiento de múltiples fases, cuyo orden depende de la energía restante conservada por los electrones primarios en el momento de su colisión de generación,
donde el ajuste de los parámetros de las sucesivas etapas de producción operativa es tal que el grosor de la o cada capa de material semiconductor amorfo plano está comprendida entre 10 nm y 50 nm y que el grosor del o de los campos o regiones de metamaterial asociados respectivamente, en forma de una capa o capas continuas o discontinuas, que tienen un grosor inferior a 10 nm, teniendo el material semiconductor, preferentemente, un grosor comprendido entre 5 |im y 500 |im, preferentemente entre 10 |im y 280 |im, y,
donde las etapas b) y c) se realizan además de tal manera que, por un lado, la densidad de lagunas dobles dentro del o de los campos o regiones de metamaterial es mayor que 1018 lagunas dobles/cm3, preferentemente mayor que 1019 lagunas dobles/cm3, de la manera más preferente mayor que 1020 lagunas dobles/cm3 y, por otro lado, la conducción entre el metamaterial y el material de tipo N adyacente respectivamente tiene una constante de tiempo que es a lo sumo de la misma magnitud que la constante de tiempo de generación del portador secundario.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que consiste en generar lagunas dobles en la proximidad de la o de una heterointerfaz, dividiendo una fase amorfa y un material semiconductor de fase cristalina mediante un haz de energía, por ejemplo un haz de electrones.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que consiste en amortizar al menos un área o región del material semiconductor para crear un área o región de absorción correspondiente para los fotones energéticos, y a continuación preservar los defectos estructurales generados durante la amortización durante las siguientes etapas de producción.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el tratamiento térmico consiste en una etapa inicial de recocido continuo, seguida de al menos un ciclo de sucesivas secuencias de recocido discontinuo.
5. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que consiste en realizar in situ al menos una etapa de caracterización y control no destructiva del material fotovoltaico durante y/o al final de su proceso de producción, preferentemente sobre muestras elegidas al azar.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que durante el proceso de producción del material fotovoltaico se realizan varias etapas de caracterización y control mediante mediciones de reflexión o absorción a diferentes longitudes de onda y comparación con muestras estándar o de referencia, usando datos de referencia previamente recopilados almacenados.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que durante el proceso de producción del material fotovoltaico se realizan varias etapas de caracterización y control mediante mediciones de parámetros eléctricos, preferentemente capacidad, a diferentes longitudes de onda y comparación con muestras estándar o de referencia, usando datos de referencia previamente recopilados almacenados.
8. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que comprende formar una capa o campo de metamaterial semiconductor continuo o discontinuo íntimamente asociado con un área o región continua o discontinua de material semiconductor amortizado, ubicada en o cerca de la superficie superior del material semiconductor, formando tanto el campo como la región juntos una subestructura frontal y por que comprende formar, simultáneamente o en ciclos de producción sucesivos, al menos dos capas o campos a nanoescala de metamaterial semiconductor continuo o discontinuo, estando al menos uno de los cuales enterrado dentro del grosor de dicho material en la parte emisora o de base e íntimamente asociado con un área o región continua o discontinua respectiva de material semiconductor amortizado, que comprende el mismo tipo de impurezas dopantes y que forma, con la capa o campo de metamaterial asociado respectivamente, una subestructura.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que consiste en realizar una etapa de amorfización local, seguida de etapas de dopaje y recocido adecuadas, a través de una máscara de implantación adaptada, de modo que la o cada capa amorfa y la capa o capas de metamaterial asociadas formen juntas una subestructura que se extiende paralelamente a la superficie superior del material fotovoltaico.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que consiste en realizar una etapa de amorfización local, seguida de etapas de dopaje y recocido adecuadas, a través de una máscara de implantación adaptada, de modo que la capa o capas amorfas y la capa o capas de metamaterial asociadas formen juntas una subestructura que se extiende inclinada, preferentemente perpendicular, a la superficie superior del material fotovoltaico.
11. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el tratamiento térmico consiste en recocido láser o recocido RTA/RTP combinado con depósito de capa epitaxial para adaptar la geometría en cuanto a disposición, distancias, restricciones de termalización y optimización de la constante de tiempo.
12. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que consiste en formar proyecciones de material conductor amortizado implantadas localmente en forma de columnas o barras, que se extienden desde la o las subestructuras hacia la superficie superior.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 1, para producir un dispositivo fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía, en particular fotones UV y visibles, preferentemente además de fotones IR, caracterizado por que la etapa a) consiste en:
- proporcionar una losa, oblea o esquirla del material fotovoltaico con al menos una subestructura activa que comprende al menos un área o región de absorción para los fotones energéticos y al menos un campo o región de metamaterial a nanoescala,
- formar estructuras conductoras delanteras y traseras sobre dicha losa, oblea o esquirla capaces de extraer los portadores generados dentro del material fotovoltaico,
- someter a la superficie delantera y/o trasera de dicha losa, oblea o esquirla a uno o más tratamientos adicionales con el fin de alterar sus propiedades de reflexión y/o conversión y por que la formación de estructuras conductoras delanteras consiste en formar tiras de contacto ranuradas que penetran en la al menos una subestructura.
14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que consiste en formar en la cara posterior de la losa, oblea o esquirla, una capa caracterizada capaz de realizar la absorción plasmónica de las radiaciones JR y una conversión ascendente en, preferentemente, verde o azul, por ejemplo, proporcionando una capa de iones Er3+ enterrada cerca de dicha cara posterior y porque el material fotovoltaico de la losa, oblea o esquirla comprende una subestructura activa que incorpora un área o región de absorción para los fotones energéticos y al menos un campo o región metamaterial a nanoescala, cerca su cara trasera.
15. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que consiste en formar, en la superficie frontal, una nanoestructura multicapa antirreflectante y transmisora de luz que tiene un perfil de índice graduado, diseñada para acoplar ópticamente el material fotovoltaico y su entorno frontal.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2009/005023 WO2010089624A1 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Methods for producing photovoltaic material and device able to exploit high energy photons |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2880800T3 true ES2880800T3 (es) | 2021-11-25 |
Family
ID=41559673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES09785847T Active ES2880800T3 (es) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Métodos para producir material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9711674B2 (es) |
| EP (1) | EP2394308B1 (es) |
| DK (1) | DK2394308T3 (es) |
| ES (1) | ES2880800T3 (es) |
| HU (1) | HUE055785T2 (es) |
| PL (1) | PL2394308T3 (es) |
| WO (1) | WO2010089624A1 (es) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120204941A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-16 | Cargo James T | Allotropic changes in si and use in fabricating materials for solar cells |
| EP2689473B1 (en) * | 2011-03-25 | 2019-05-08 | SEGTON Advanced Technology | Photovoltaic converter with improved emitter structure based on silicon components and a method for production of the photovoltaic converter |
| US9255328B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-02-09 | Robert Bosch Gmbh | Metamaterial and method for forming a metamaterial using atomic layer deposition |
| WO2014203080A2 (en) * | 2013-05-14 | 2014-12-24 | Segton Advanced Technology Sas | Nanostructured units formed inside a silicon material and the manufacturing process to perform them therein |
| LT2997603T (lt) | 2013-05-14 | 2020-12-10 | Segton Advanced Technology Sas | Sugrupuota nanodalelių vienetų sistema, sudaranti metamedžiagą silicyje, ir gamybos procesas juos suformuoti ir išdėstyti |
| PL3022776T3 (pl) | 2013-07-19 | 2020-11-16 | Segton Adt Sas | Architektoniczny system i związane z nim nanomembrany wbudowane w emiter całkowicie krzemowego konwertera światła na energię elektryczną do fotokonwersji gigantycznej oraz sposób jego produkcji |
| FR3009892A1 (fr) | 2013-08-20 | 2015-02-27 | Segton Adt | Ensemble opto-electronique forme d'une plateforme opto-phonique de traitement de la lumiere, de convertisseurs phoniques, et d'au moins un convertisseur lumiere-electricite pour former un capteur solaire |
| CN105518874A (zh) | 2013-09-03 | 2016-04-20 | 赛腾高新技术公司 | 用于最优光电转换的整个太阳光谱倍增转换平台单元 |
| US10103547B2 (en) | 2014-02-21 | 2018-10-16 | Solarlytics, Inc. | Method and system for applying electric fields to multiple solar panels |
| US10069306B2 (en) | 2014-02-21 | 2018-09-04 | Solarlytics, Inc. | System and method for managing the power output of a photovoltaic cell |
| CN105374888B (zh) * | 2015-11-24 | 2018-01-12 | 新奥光伏能源有限公司 | 一种太阳能电池的低温银浆栅线的制备方法及电池和组件 |
| CN108074992A (zh) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 清华大学 | 一种以碳纳米材料薄膜为异质结背场的晶体硅太阳能电池 |
| CN106373870B (zh) * | 2016-11-24 | 2020-06-02 | 清华大学 | 半导体结构以及制备方法 |
| FR3067168A1 (fr) | 2017-06-01 | 2018-12-07 | Segton Advanced Technology | Procede de fabrication d'un convertisseur lumiere-electricite tout en silicium pour une photoconversion geante |
| CN107452819A (zh) * | 2017-09-28 | 2017-12-08 | 湖北工业大学 | 一种多层结构的铜锌锡硫薄膜太阳能电池背电极及其制备方法 |
| US12089424B2 (en) * | 2019-01-16 | 2024-09-10 | The Regents Of The University Of Michigan | Photodetectors with semiconductor active layers for under-display fingerprint and gesture sensors |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6100575A (en) | 1987-08-19 | 2000-08-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor switching device having different carrier lifetimes between a first portion serving as a main current path and the remaining portion of the device |
| US5935435A (en) * | 1998-04-20 | 1999-08-10 | Hasler; James J. | Paint can strainer |
-
2009
- 2009-02-06 PL PL09785847T patent/PL2394308T3/pl unknown
- 2009-02-06 US US12/998,102 patent/US9711674B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-02-06 HU HUE09785847A patent/HUE055785T2/hu unknown
- 2009-02-06 EP EP09785847.6A patent/EP2394308B1/en active Active
- 2009-02-06 WO PCT/IB2009/005023 patent/WO2010089624A1/en not_active Ceased
- 2009-02-06 ES ES09785847T patent/ES2880800T3/es active Active
- 2009-02-06 DK DK09785847.6T patent/DK2394308T3/da active
-
2017
- 2017-02-22 US US15/439,618 patent/US20170162741A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL2394308T3 (pl) | 2021-11-15 |
| HUE055785T2 (hu) | 2021-12-28 |
| US9711674B2 (en) | 2017-07-18 |
| EP2394308B1 (en) | 2021-05-12 |
| US20170162741A1 (en) | 2017-06-08 |
| WO2010089624A1 (en) | 2010-08-12 |
| DK2394308T3 (da) | 2021-07-19 |
| US20110162700A1 (en) | 2011-07-07 |
| EP2394308A1 (en) | 2011-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2880800T3 (es) | Métodos para producir material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía | |
| Yang et al. | IBC c-Si solar cells based on ion-implanted poly-silicon passivating contacts | |
| Sher et al. | Pulsed-laser hyperdoping and surface texturing for photovoltaics | |
| US5935345A (en) | Process for the production of a photovoltaic material or device, material or device thus obtained, and photocell comprising such a material or device | |
| US20120049242A1 (en) | Optoelectronic device with lateral pin or pin junction | |
| Tao et al. | Fully ion-implanted and screen-printed 20.2% efficient front junction silicon cells on 239 cm $^{\bf 2} $ n-Type CZ Substrate | |
| Müller et al. | Analysis of n-type IBC solar cells with diffused boron emitter locally blocked by implanted phosphorus | |
| EP2997603B1 (en) | Grouped nanostructured units system forming a metamaterial within the silicon and the manufacturing process to form and arrange them therein | |
| CN103503158B (zh) | 用于光伏转换器的基于有机硅成份的改进的发射极结构以及制造所述光伏装置的方法 | |
| Tucci et al. | Laser fired back contact for silicon solar cells | |
| Nayak et al. | Ultrafast laser textured silicon solar cells | |
| CN104900733A (zh) | 一种基于GaSb的In1-xGaxSb/GaSb应变量子阱中间能带热光伏电池及其制备方法 | |
| Kumar Singh et al. | Effect of diffusion parameters on the efficiency of c-Si solar cell | |
| Kwak et al. | Efficiency improvement of Si quantum dot solar cells by activation with boron implantation | |
| US20160099368A1 (en) | Nanostructured units formed inside a silicon material and the manufacturing process to perform them therein | |
| Dharmadasa et al. | Solar cells active in complete darkness | |
| KR101062668B1 (ko) | 레이저와 흡수층을 이용한 도핑방법 | |
| US20160155869A1 (en) | System of architecture and related built-in nanomembranes for the emitter of a light-to-electricity all-silicon converter for the giant photocnversion and the method of its manufacture | |
| Chen | Unlocking Pathways to High Performance Silicon Photovoltaics: Novel Passivating Contacts, Improved Device Architectures, and Advanced Characterization | |
| CN103329288B (zh) | 半导体元件及其制造方法 | |
| Paez et al. | Indium as a p-type dopant of thin film silicon solar cells | |
| Kuznicki et al. | New PV conversion phenomena on very high efficiency silicon devices for small footprint cells (automotive) | |
| Sarnet et al. | Black silicon recent improvements for photovoltaic cells | |
| Kuznicki | A silicon-based metamaterial for light-to-electricity conversion | |
| Aliefendioğlu | Fabrication of interdigitated back-contact (IBC) solar cells with screen-printed boron doped emitters |