ES3059182T3 - Method of manufacturing solar cell - Google Patents

Method of manufacturing solar cell

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ES3059182T3
ES3059182T3 ES16204642T ES16204642T ES3059182T3 ES 3059182 T3 ES3059182 T3 ES 3059182T3 ES 16204642 T ES16204642 T ES 16204642T ES 16204642 T ES16204642 T ES 16204642T ES 3059182 T3 ES3059182 T3 ES 3059182T3
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Kyoungsoo Lee
Sangwook Park
Jinhyung Lee
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Abstract

En el presente documento se describe una celda solar y un método para su fabricación. El módulo de celda solar incluye un sustrato semiconductor, una primera película de pasivación ubicada en la superficie frontal del sustrato semiconductor, una segunda película de pasivación ubicada en la superficie posterior del sustrato semiconductor, una región de campo eléctrico frontal ubicada en la primera película de pasivación en la superficie frontal del sustrato semiconductor y que es del mismo tipo de conductividad que la del sustrato semiconductor, una región emisora ubicada en la segunda película de pasivación en la superficie posterior del sustrato semiconductor y que es del tipo de conductividad opuesto a la del sustrato semiconductor, primeros electrodos conectados conductivamente a la región de campo eléctrico frontal y un segundo electrodo conectado conductivamente a la región emisora. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método de fabricación de celda solar
[0003] Antecedentes de la invención
[0004] 1. Campo de la invención
[0005] La presente invención se refiere a una celda solar y a un método de fabricación de la misma y, más particularmente, a una celda solar que presenta una estructura mejorada y a un método de fabricación de la misma.
[0006] 2. Descripción de la técnica relacionada
[0007] Recientemente, debido a que se espera el agotamiento de las fuentes de energía convencionales, tales como el petróleo y el carbón, ha aumentado el interés en energías alternativas como sustituto de fuentes de energía. Entre las energías alternativas destacan las celdas solares como batería de próxima generación que convierte la energía solar en energía eléctrica.
[0008] Las celdas solares de este tipo pueden fabricarse mediante la formación de diversas capas y electrodos según el diseño. La eficiencia de la celda solar puede determinarse mediante el diseño de las diversas capas y electrodos. Para comercializar las celdas solares, se debe superar la baja eficiencia de las celdas solares y, de esta manera, se requiere un diseño que maximice la eficiencia de la celda solar a través de diversas capas y electrodos.
[0009] Los documentos n.º KR 20140105064 A y n.º US 2012/0305060 A1 describen una celda solar que comprende un sustrato semiconductor, una primera y una segunda película de pasivación situadas en la superficies frontal y posterior del sustrato semiconductor, respectivamente, una región de campo eléctrico frontal situada sobre la primera película de pasivación, una región emisora situada sobre la segunda película de pasivación y primer y segundo electrodo conectados a la región de campo eléctrico frontal y a la región de emisor.
[0010] El documento n.º US 2009/215218 A1 describe una celda solar de silicio delgada. La celda solar se fabrica a partir de una oblea de silicio cristalino que presenta un grosor de entre aproximadamente 50 micrómetros y 500 micrómetros. La celda solar comprende una primera región que presenta una homounión p-n, una segunda región que crea pasivación de la superficie por heterounión, y una tercera región que crea pasivación de la superficie por heterounión. Descripción resumida de la invención
[0011] Un objetivo de la presente invención es proporcionar una celda solar que presente una eficiencia elevada y un método de fabricación de la misma.
[0012] Los objetivos de la presente invención no se encuentran limitados a los objetivos mencionados anteriormente y resultarán evidentes para el experto en la materia otros objetivos que no se han mencionado anteriormente, a partir de la siguiente descripción.
[0013] Para conseguir los objetivos anteriores, se define una celda solar y un método para fabricar una celda solar tal como se define en las reivindicaciones. En una realización, se proporciona una celda solar que incluye un sustrato semiconductor, una primera película de pasivación situada en la superficie frontal del sustrato semiconductor, una segunda película de pasivación situada en la superficie trasera del sustrato semiconductor, una región de campo eléctrico frontal situada en la primera película de pasivación en la superficie frontal del sustrato semiconductor y que presenta el mismo tipo de conductividad que el del sustrato semiconductor, una región emisora situada en la segunda película de pasivación en la superficie trasera del sustrato semiconductor y que presenta el tipo de conductividad opuesto al del sustrato semiconductor, en donde el primer electrodo está conectado de forma conductora a la región de campo eléctrico frontal, y el segundo electrodo está conectado de forma conductora a la región de emisor, según se define adicionalmente en la reivindicación 1.
[0014] Se proporciona, además, un método de fabricación de una celda solar que incluye la formación de una primera película de pasivación y una segunda película de pasivación sobre las superficies frontal y trasera de un sustrato semiconductor, la formación de una región de campo eléctrico frontal situada sobre la primera película de pasivación sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor y que presenta el mismo tipo de conductividad que el del sustrato semiconductor, y una región de emisor situada sobre la segunda película de pasivación en la superficie trasera del sustrato semiconductor y que presenta un tipo de conductividad opuesto al del sustrato semiconductor, la formación de una primera capa de electrodo transparente situada sobre la región de campo eléctrico frontal y una segunda capa de electrodo transparente situada sobre la región de emisor, y la formación de una primera capa de electrodo metálico situada sobre la primera capa de electrodo transparente y una segunda capa de electrodo metálico situada sobre la segunda capa de electrodo transparente, tal como se define adicionalmente en la reivindicación 10.
[0015] Breve descripción de los dibujos
[0016] Los objetivos, características y otras ventajas de la presente invención se entenderán más claramente a partir de la siguiente descripción detallada considerada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que:
[0017] la FIG.1 es una vista en sección transversal de una celda solar según una realización de la presente invención. la FIG.2 es una vista en planta de la primera y segunda capa de electrodo metálico de la celda solar mostrada en la FIG.1.
[0018] Las FIGS.3A a 3E son vistas en sección transversal que ilustran una celda solar de acuerdo con una realización adicional de la presente invención.
[0019] la FIG. 4 es una vista en sección transversal que ilustra una celda solar según una realización adicional de la presente invención.
[0020] la FIG. 5 es una vista en sección transversal que ilustra una celda solar según otra realización de la presente invención, y
[0021] la FIG. 6 es una vista en sección transversal que ilustra una celda solar según otra realización de la presente invención.
[0022] Descripción detallada de las realizaciones
[0023] A continuación en el presente documento se describirán realizaciones en detalle en referencia a los dibujos adjuntos. Aunque la invención se describirá conjuntamente con realizaciones de ejemplo, se entenderá que la presente descripción no pretende ser limitativa de la invención a las realizaciones de ejemplo.
[0024] En los dibujos, con el fin de describir clara y brevemente la invención, se omitirán las partes que no estén relacionadas con la descripción, y se utilizarán los mismos números de referencia en todos los dibujos para referirse a las mismas partes o a partes similares. Además, con el fin de describir más claramente la invención, los grosores, áreas, etc. de los elementos pueden ampliarse o reducirse y, de esta manera, los grosores, áreas, etc. de los elementos no están limitados a los dibujos.
[0025] En la siguiente descripción de las realizaciones, la expresión «que incluye» se interpretará como indicativa de la presencia de otros elementos, a menos que se indique lo contrario, y no excluye la presencia de los elementos correspondientes. Además, se entenderá que cuando un elemento, tal como una capa, una película, una región o una placa, se refiere a estar «sobre» otro elemento, puede estar directamente sobre el elemento, y también pueden estar presentes uno o más elementos intermedios entre ellos. Se entenderá que cuando se hace referencia a un elemento, tal como una capa, una película, una región o una placa, como estando «directamente sobre» otro elemento, no hay elementos intermedios presentes entre ellos.
[0026] A continuación en el presente documento se describirá en detalle una celda solar según una realización de la presente invención, en referencia a los dibujos adjuntos.
[0027] La FIG.1 es una vista en sección transversal de una celda solar según una realización de la presente invención. En referencia a la FIG.1, una celda solar 100 de acuerdo con esta realización incluye un sustrato semiconductor 110 que incluye una región base 10, una primera película de pasivación 52 formada sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor 110, una segunda película de pasivación 54 formada sobre la superficie trasera del sustrato semiconductor 110, una región de campo eléctrico frontal 20 formada sobre la primera película de pasivación 52 sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor 110, una región emisora 30 formada sobre la segunda película de pasivación 54 sobre la superficie trasera del sustrato semiconductor 110, primeros electrodos 42 conectados de forma conductora a la región de campo eléctrico frontal 20 y segundos electrodos 44 conectados de forma conductora a la región de emisor 30. Lo anterior se describirá en mayor detalle a continuación.
[0028] El sustrato semiconductor 110 puede estar formado por un semiconductor cristalino. Por ejemplo, el sustrato semiconductor 110 puede estar formado de un semiconductor monocristalino o policristalino (por ejemplo, silicio monocristalino o policristalino). En particular, el sustrato semiconductor 110 puede estar formado por un semiconductor monocristalino (por ejemplo, una oblea de semiconductor monocristalino y, más concretamente, una oblea de silicio monocristalino). Si el sustrato semiconductor 110 está formado por un semiconductor monocristalino (por ejemplo, oblea monocristalino), la celda solar 100 se convierte en una celda solar de semiconductor monocristalino (por ejemplo, una celda solar de silicio monocristalino). La celda solar 100 basada en el sustrato semiconductor 110 formado por un semiconductor cristalino que presenta una cristalinidad elevada y, de esta manera, que presenta pocos defectos, presenta excelentes características eléctricas.
[0029] En la presente realización, el sustrato semiconductor 110 puede no presentar una región dopada e incluir solo la región base 10. Si el sustrato semiconductor 110 no presenta una región dopada, se puede evitar el daño y el incremento de los defectos en el sustrato semiconductor 110, que pueden generarse cuando se forma una región dopada, y de esta manera el sustrato semiconductor 110 puede presentar excelentes características de pasivación. De esta manera, puede minimizarse la recombinación superficial que ocurre en la superficie del sustrato semiconductor 110.
[0030] En la presente realización, el sustrato semiconductor 110 o la región base 10 pueden estar dopados con un dopante base, es decir, un dopante de primer tipo de conductividad, a una baja concentración de dopaje, que presenta de esta manera un primer tipo de conductividad. En ella, el sustrato semiconductor 110 o la región base 10 pueden presentar una concentración de dopaje más baja, una resistencia más alta o una menor concentración de portadores que la región de campo eléctrico frontal 20 que presenta el mismo tipo de conductividad.
[0032] La superficie frontal y/o la superficie trasera del sustrato semiconductor 110 pueden presentar irregularidades 112 y 114 para evitar la reflexión. En más detalle, en la presente realización, las irregularidades 112 y 114 pueden incluir la primera irregularidad 112 formada en la superficie frontal del sustrato semiconductor 110 (o una superficie en la cara de la superficie frontal del sustrato semiconductor 110) y la segunda irregularidad 114 formada en la superficie trasera del sustrato semiconductor 110 (o una superficie en la cara de la superficie trasera del sustrato semiconductor 110). De este modo, se puede evitar la reflexión de la luz que incide sobre la superficie frontal y trasera del sustrato semiconductor 110, y la pérdida óptica en la celda solar 100, que presenta una estructura de recepción de luz bifacial como en esta realización, puede reducirse de manera eficaz. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior, y puede formarse cualquiera de la primera irregularidad 112 y la segunda irregularidad 114.
[0034] La primera irregularidad 112 situada en la superficie frontal del sustrato semiconductor 110 puede incluir primeras partes irregulares 112a y segundas partes irregulares 112b a fin de minimizar la pérdida óptica. Las segundas partes irregulares 112b pueden formarse sobre las primeras partes irregulares 112a, en más detalle, sobre las superficies exteriores de las primeras partes irregulares 112a, y presentan un tamaño menor que las primeras partes irregulares 112a. Por lo tanto, el tamaño medio de las segundas partes irregulares 112b puede ser menor que el tamaño medio de las primeras partes irregulares 112a, y por lo menos una segunda parte irregular 112b, por ejemplo, una pluralidad de segundas partes irregulares 112b, puede formarse sobre cada una de las superficies externas de las primeras partes irregulares 112a. Dichas primeras partes irregulares 112a y segundas partes irregulares 112b pueden formarse a través de diferentes métodos.
[0036] Las primeras partes irregulares 112a pueden formarse a través de un proceso de texturización. De esta manera, las superficies externas de las primeras partes irregulares 112a pueden ser superficies cristalinas específicas. Por ejemplo, las primeras partes irregulares 112a pueden presentar una forma aproximadamente piramidal formada por cuatro superficies exteriores 111.
[0038] El tamaño medio de las primeras partes irregulares 112a (por ejemplo, el valor medio de las alturas de las primeras partes irregulares 112a) puede ser de un nivel de micrómetros (por ejemplo, de 1 µm a 1 mm) y, por ejemplo, pueden ser de aproximadamente 10 µm a 30 µm. Si el tamaño medio de las primeras partes irregulares 112a es inferior a 10 µm, puede ser difícil fabricar las primeras partes irregulares 112a y, si el tamaño medio de las primeras partes irregulares 112a es de 30 µm o inferior, los efectos de prevención de reflexión pueden mejorar. Además, una variación en los tamaños de las primeras partes irregulares 112a puede ser una primera variación que es relativamente grande. Las primeras partes irregulares 112a pueden formarse mediante grabado anisotrópico, que es un tipo de grabado en húmedo. Si las primeras partes irregulares 112a se forman mediante grabado húmedo, las primeras partes irregulares 112a se pueden formar a través de un proceso simple en un corto período de tiempo.
[0040] Las segundas partes irregulares 112b pueden formarse sobre las superficies exteriores de las primeras partes irregulares 112a y presentar un tamaño fino. Las segundas partes irregulares 112b pueden presentar puntas afiladas. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y las segundas partes irregulares 112b pueden presentar puntas redondeadas.
[0042] El tamaño medio de las segundas partes irregulares 112b (por ejemplo, el valor medio de las alturas de las segundas partes irregulares 112b) puede estar a nivel de nanómetros (es decir, 1 µm o menos, por ejemplo, de 1 nm a 1 µm) y, por ejemplo, pueden ser de aproximadamente 100 nm a 500 nm. Si las segundas partes irregulares 112b presentan un tamaño menor que las primeras partes irregulares 112a que se forman en las primeras partes irregulares 112a, se pueden mejorar los efectos de prevención de reflejos. Si el tamaño medio de las segundas partes irregulares 112b es inferior a 100 nm, puede resultar difícil fabricar las segundas partes irregulares 112b y, si el tamaño medio de las segundas partes irregulares 112b es de 500 nm o menos, los efectos de prevención de reflexión pueden mejorarse adicionalmente. Una variación en los tamaños de las segundas partes irregulares 112b puede ser una segunda variación que es más pequeña que la primera variación. La razón de lo anterior es que el tamaño medio de las segundas partes irregulares 112b es menor que el de las primeras partes irregulares 112a y las segundas partes irregulares 112b se forman mediante grabado isotrópico. Tal como se ha descrito anteriormente, en la presente realización, se forman segundas partes irregulares uniformes 112b que presentan un tamaño fino sobre las superficies externas de las primeras partes irregulares 112a.
[0044] Las segundas partes irregulares 112b pueden formarse mediante grabado isotrópico, que es un tipo de grabado en seco. Como grabado en seco, se puede utilizar el grabado por iones reactivos (RIE, por sus siglas en inglés). De acuerdo con el RIE, se pueden formar segundas partes irregulares finas y uniformes 112b. La exposición no se encuentra limitada a la forma, tamaño medio y variación de tamaño de las segundas partes irregulares 112b descritas anteriormente, y la forma, tamaño medio y variación de tamaño de las segundas partes irregulares 112b puede modificarse de diversas maneras.
[0045] En dicha realización, la segunda irregularidad 114 formada sobre la superficie trasera del sustrato semiconductor 110 puede incluir primeras partes irregulares 114a. La descripción de las primeras partes irregulares 112a de la primera irregularidad 112 puede aplicarse a las primeras partes irregulares 114a de la segunda irregularidad 114, y de esta manera se puede omitir una descripción detallada de las primeras partes irregulares 114a. Si la segunda irregularidad 114 del sustrato semiconductor 110 incluye solo las primeras partes irregulares 114a, a diferencia de la primera irregularidad 112 que incluye las primeras y segundas partes irregulares 112a y 112b, la reflexión de la luz desde la superficie frontal del sustrato semiconductor 110, sobre la que incide una gran cantidad de luz, puede ser evitada eficazmente por la primera irregularidad 112 y, además, la segunda irregularidad 114 puede presentar una estructura simple, simplificando de esta manera el proceso de fabricación de la celda solar 100.
[0046] Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior. La primera irregularidad 112 formada sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor 110 puede excluir las primeras partes irregulares 112a y/o se puede omitir la segunda irregularidad 114. Son posibles otras diversas modificaciones.
[0047] La primera película de pasivación 52 se forma sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor 110, y la segunda película de pasivación 54 se forma sobre la superficie trasera del sustrato semiconductor 110. De esta manera, las superficies frontal y trasera del sustrato semiconductor 110 pueden ser pasivadas.
[0048] Aunque, en la especificación, se utilizan las expresiones «primera película de pasivación 52» y «segunda película de pasivación 54», la primera película de pasivación 52 y/o la segunda película de pasivación 54 pueden servir como películas de túnel. Es decir, la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden actuar como una especie de barrera a los electrones y huecos y, de esta manera, no dejar pasar portadores minoritarios, sino que pueden dejar pasar solo portadores mayoritarios acumulados en las regiones adyacentes a la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 y que presentan una energía de una intensidad designada o superior. En la presente invención, los portadores mayoritarios con una energía de la intensidad designada o superior pueden pasar fácilmente a través de la primera y segunda películas de pasivación 52 y 54 mediante un efecto túnel. En la presente invención, con el fin de conseguir suficientemente el efecto túnel, los grosores de las películas de pasivación 52 y 54 pueden ser menores que los de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30.
[0049] Por ejemplo, la primera y segunda películas de pasivación 52 y 54 pueden presentar un semiconductor amorfo intrínseco. Por ejemplo, la primera y segunda películas de pasivación 52 y 54 pueden estar formadas por una capa de silicio amorfo intrínseco (i-a-Si). A continuación, debido a que la primera y segunda películas de pasivación 52 y 54 incluyen el mismo material semiconductor que el sustrato semiconductor 110 y, de esta manera, presentan características similares a las del sustrato semiconductor 110, las características superficiales del sustrato semiconductor 110 pueden mejorarse de manera más eficaz. De esta manera, las características de pasivación pueden mejorarse en gran medida. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior. Por lo tanto, la primera y/o segunda película de pasivación 52 y/o 54 pueden incluir una capa de carburo de silicio amorfo intrínseco (i-a-SiCx) o la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden incluir una capa de óxido de silicio amorfo intrínseco (i-a-SiOx). De esta manera, los efectos de una amplia brecha de banda pueden mejorarse, aunque los efectos de pasivación pueden ser ligeramente menores que en las películas de pasivación 52 y 54 que incluyen una capa de silicio amorfo intrínseco (i-a-Si).
[0050] En el presente documento, la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden formarse en toda la superficie frontal y trasera del sustrato semiconductor 110. De esta manera, se pueden pasivar las superficies frontales y traseras completas del sustrato semiconductor 110, y la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden formarse fácilmente sin necesidad de un patrón separado.
[0051] La región de campo eléctrico frontal 20 del primer tipo de conductividad se forma sobre la primera película de pasivación 52. Además, la región de emisor 30 de un segundo tipo de conductividad opuesto al primer tipo de conductividad se forma sobre la segunda película de pasivación 54.
[0052] La región de campo eléctrico frontal 20 puede incluir un dopante de primer tipo de conductividad y, de esta manera, ser una región de primer tipo de conductividad. La región de emisor 30 puede incluir un dopante de un segundo tipo de conductividad y, de esta manera, ser una región de un segundo tipo de conductividad. Por ejemplo, la región de campo eléctrico frontal 20 puede contactar con la primera película de pasivación 52, y la región de emisor 30 puede contactar con la segunda película de pasivación 54. De esta manera, la estructura de la celda solar 100 puede simplificarse y el efecto túnel de la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 puede maximizarse. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior.
[0053] Debido a que la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 están formadas por encima del sustrato semiconductor 110 separadamente del sustrato semiconductor 110, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden incluir materiales y/o estructuras cristalinas diferentes de las del sustrato semiconductor 110 para poder formarse fácilmente sobre el sustrato semiconductor 110.
[0054] Por ejemplo, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden formarse mediante el dopado de un semiconductor amorfo, que puede ser fabricado fácilmente mediante diversos métodos, incluyendo la deposición, con dopantes de primer y segundo tipo de conductividad. De esta manera, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden formarse fácilmente a través de un proceso simple. En la presente invención, si la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 están formadas por un semiconductor amorfo intrínseco (por ejemplo, silicio amorfo intrínseco), tal como se ha descrito anteriormente, se pueden adquirir una excelente adherencia, excelente conductividad eléctrica, etc.
[0056] En la presente realización, la brecha de banda de la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser mayor que la brecha de banda del sustrato semiconductor 110. De manera similar, la brecha de banda de la región de emisor 30 puede ser mayor que la brecha de banda del sustrato semiconductor 110. De esta manera, la curvatura de la banda de energía se lleva a cabo de forma suficiente y, de esta manera, puede ejecutarse de manera eficaz la recogida selectiva de huecos o electrones.
[0058] Además, los dopantes tipo p utilizados como el dopante del primer o segundo tipo de conductividad pueden incluir elementos del grupo III, tales como boro (B), aluminio (Al), galio (Ga), indio (In), etc., y los dopantes tipo n incluyen elementos del grupo V, tales como fósforo (P), arsénico (As), bismuto (Bi), antimonio (Sb), etc. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a ello y se pueden utilizar diversos dopantes como el dopante del primer o segundo tipo de conductividad.
[0060] Por ejemplo, el sustrato semiconductor 110 y la región de campo eléctrico frontal 20 del primer tipo de conductividad pueden ser de tipo n, y la región de emisor 30 puede ser de tipo p. De esta manera, el sustrato semiconductor 110 es de tipo n y, de esta manera, la vida útil de los portadores puede mejorarse. En este caso, el sustrato de semiconductor 110 y la región de campo eléctrico frontal 20 pueden incluir fósforo (P) como un dopante de tipo n, y la región de emisor 30 puede incluir boro (B) como un dopante de tipo p. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior, y el sustrato semiconductor 110 y la región de campo eléctrico frontal 20 del primer tipo de conductividad pueden ser del tipo p, y la región de emisor 30 puede ser del tipo n.
[0062] En la presente realización, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden incluir por lo menos una de una capa de silicio amorfo (a-Si), una capa de óxido de silicio amorfo (i-a-SiOx), una capa de carburo de silicio amorfo (i-a-SiCx), una capa de óxido de indio-galio-zinc (IGZO), una capa de óxido de titanio (TiOx) y una capa de óxido de molibdeno (MoOx). En la presente invención, una capa de silicio amorfo (a-Si), una capa de óxido de silicio amorfo (i-a-SiOx) y una capa de carburo de silicio amorfo (i-a-SiCx) aplicadas en la región de campo eléctrico frontal 20 o en la región de emisor 30 pueden doparse con un dopante de primer o segundo tipo de conductividad. Además, una capa de óxido de indio-galio-zinc (IGZO), una capa de óxido de titanio (TiOx) y una capa de óxido de molibdeno (MoOx) aplicadas en la región de campo eléctrico frontal 20 o en la región de emisor 30 no incluyen ningún elemento del grupo III o del grupo V (por ejemplo, boro o fósforo) utilizado como dopante del primer y segundo tipo de conductividad, además de los materiales incluidos en las capas de óxido. La capa de óxido de indio-galio-zinc (IGZO), la capa de óxido de titanio (TiOx) y la capa de óxido de molibdeno (MoOx) recogen electrones o huecos de manera autónoma y selectiva y, de esta manera, pueden servir como una región de tipo n o de tipo p. En más detalle, la capa de óxido de indio-galio-zinc (IGZO) puede ser de tipo n, la capa de óxido de titanio (TiOx) puede ser de tipo n y la capa de óxido de molibdeno (MoOx) puede ser de tipo p.
[0064] La capa de silicio amorfo (a-Si), la capa de óxido de silicio amorfo (i-a-SiOx) y la capa de carburo de silicio amorfo (ia-SiCx) presentan una estructura cristalina diferente a la del sustrato semiconductor 110, aunque incluyen un material semiconductor (por ejemplo, silicio) que forma el sustrato semiconductor 110 y pueden, de esta manera, presentar características similares a las del sustrato semiconductor 110. De este modo, se puede minimizar una diferencia característica, que ocurre si se incluye un material diferente del material semiconductor del sustrato semiconductor 110. En ese contexto, la capa de óxido de silicio amorfo (i-a-SiOx) y la capa de carburo de silicio amorfo (i-a-SiCx) presentan una banda prohibida de alta energía y, de esta manera, pueden llevar a cabo una suficiente deformación de la banda de energía y permitir el paso selectivo de portadores. Además, la capa de óxido de indio-galio-zinc (IGZO), la capa de óxido de titanio (TiOx) y la capa de óxido de molibdeno (MoOx) presentan una amplia brecha de banda y una baja tasa de absorción de luz y minimizar, de esta manera, la pérdida óptica.
[0066] Por ejemplo, la región de campo eléctrico frontal 20 puede incluir por lo menos una de las capas de óxido de indio, galio y zinc (IGZO), la capa de óxido de titanio (TiOx) y la capa de óxido de molibdeno (MoOx) que presenta una baja tasa de absorción de luz. De esta manera, puede minimizarse la absorción de luz por la región de campo eléctrico frontal 20 situada en la superficie frontal del sustrato semiconductor 110. En la presente realización, la región de campo eléctrico frontal 20 se forma sobre la primera irregularidad 112 que incluye las primeras partes irregulares 112a y las segundas partes irregulares 112b, y la capa de óxido de indio-galio-zinc (IGZO), la capa de óxido de titanio (TiOx) y la capa de óxido de molibdeno (MoOx) pueden presentar características excelentes independientemente de la presencia de defectos de superficie sobre el sustrato semiconductor 110. Por otro lado, si la región de campo eléctrico frontal 20 incluye la capa de silicio amorfo (a-Si), la capa de óxido de silicio amorfo (i-a-SiOx) o la capa de carburo de silicio amorfo (i-a-SiCx), las características de la región de campo eléctrico frontal 20 pueden verse reducidas en el estado en el que las condiciones de formación no son excelentes debido a la presencia de defectos superficiales en el sustrato semiconductor 110.
[0068] Además, la región de emisor 30 puede incluir por lo menos una de entre la capa de silicio amorfo (a-Si), la capa de óxido de silicio amorfo (i-a-SiOx) y la capa de carburo de silicio amorfo (i-a-SiCx). La región de emisor 30, que forma una unión p-n con el sustrato de semiconductor 110 (o una unión p-n con el sustrato de semiconductor 110 que presenta la segunda película de pasivación 54 interpuesta entre ellos) y, de esta manera, se relaciona directamente con la conversión fotoeléctrica, e incluye una sustancia semiconductora (es decir, silicio) que forma el sustrato de semiconductor 110 de manera que presenta características similares a las del sustrato de semiconductor y para desplazar los portadores de manera más eficaz.
[0070] El grosor de la región de emisor 30 es mayor que la región de campo eléctrico frontal 20. Es decir, debido a que la región de emisor 30 que está directamente relacionada con la conversión fotoeléctrica está situada en la superficie posterior del sustrato semiconductor 10 y no interfiere con la absorción de luz en la superficie frontal del sustrato semiconductor 10, la región de emisor 30 puede presentar un grosor relativamente grande. Además, debido a que la región de campo eléctrico frontal 20 no está directamente relacionada con la conversión fotoeléctrica y está situada en la superficie frontal del sustrato semiconductor 10 de manera que se relaciona con la absorción de luz en la superficie frontal del sustrato semiconductor 10, la región de campo eléctrico frontal 20 puede presentar un grosor relativamente pequeño. Además, si la región de emisor 30 es de tipo p, la región de emisor 30 puede doparse con boro (B), y, debido a que el boro (B) presenta un tamaño atómico pequeño y se difunde fácilmente, la región de emisor 30, al presentar un grosor suficiente, evita que una gran cantidad de boro (B) llegue a dopar el sustrato semiconductor 10. Si una gran cantidad de un dopante incluido en la región de emisor 30 dopa el sustrato semiconductor 10, la celda solar 100 puede deteriorarse. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a ello y, aunque la región de emisor 30 sea de tipo n, el grosor de la región de emisor 30 es mayor que el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20.
[0071] Por ejemplo, la relación de grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 a grosor de la región de emisor 30 puede ser de 1:1,5 a 1:5,5. Si tal relación es inferior a 1:1,5, la región de emisor 30 no presenta un grosor suficiente y, de esta manera, la conversión fotoeléctrica por la región de emisor 30 puede no ser eficaz. Si dicha relación excede 1:5,5, el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 es excesivamente pequeño y, de esta manera, la región de campo eléctrico frontal 20 puede presentar dificultades para cumplir su propia función, o si el grosor de la región de emisor 30 es excesivamente grande, el tiempo de fabricación y la distancia de movimiento de los portadores pueden incrementarse y, de esta manera, puede reducirse la eficiencia de recogida de los portadores.
[0073] Además, el grosor de la segunda película de pasivación 54 es mayor que el grosor de la primera película de pasivación 52. Ello puede evitar que el dopante de la región de emisor 30 llegue a dopar indeseablemente el sustrato semiconductor 110, considerando que el grosor de la región de emisor 30 es mayor que el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20. En particular, si la región de emisor 30 es de tipo p, se puede evitar el dopaje del sustrato semiconductor 110 con una gran cantidad de boro (B) incluido en la región de emisor 30. Por ejemplo, la relación de grosor de la primera película de pasivación 52 a grosor de la segunda película de pasivación 54 puede ser de 1:1 a 1:2,5. Dicha relación puede determinarse considerando las características de pasivación del sustrato semiconductor 110 y las características del dopante de la región de emisor 30, aunque la exposición no se encuentra limitada a ello.
[0074] Además, la relación entre el grosor de la región de emisor 30 y el grosor de la segunda película de pasivación 54 es mayor que la relación entre el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 y el grosor de la primera película de pasivación 52. La razón para ello es que el grosor de la región de emisor 30 es mucho mayor que el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20. En la presente invención, la relación de grosor de la primera película de pasivación 52 a grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 es de 1:1 a 1:2, y la relación de la segunda película de pasivación 54 a la región de emisor 30 es de 1:2 a 1:5. Si la relación de grosor de la primera película de pasivación 52 a grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 es menor que 1:1 o la relación de segunda película de pasivación 54 a región de emisor 30 es menor que 1:2, puede ser difícil que la región de campo eléctrico frontal 20 o la región de emisor 30 presenten un rendimiento suficiente en su propia función. Si la relación entre el grosor de la primera película de pasivación 52 y el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 supera 1:2 o la relación entre la segunda película de pasivación 54 y la región de emisor 30 supera 1:5, el grosor de la primera o segunda película de pasivación 52 o 54 no será suficiente y, de esta manera, las características de pasivación pueden verse disminuidas, o el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 o de la región de emisor 30 se incrementará relativamente y, de esta manera, puede verse disminuida la eficiencia del desplazamiento de portadores.
[0076] En caso contrario, en la presente invención, el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 es de 1 nm a 10 nm (por ejemplo, de 3 nm a 5,7 nm), y el grosor de la región de emisor 30 es de 3 nm a 15 nm. Además, el grosor de la primera película de pasivación 52 puede ser de 1 nm a 5 nm, y el grosor de la segunda película de pasivación 54 puede ser de 1 nm a 7 nm. Estos intervalos están restringidos de tal manera que la región de campo eléctrico frontal 20, la región de emisor 30 y la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden mostrar los efectos descritos anteriormente.
[0078] Los primeros electrodos 42 conectados conductivamente a la región de campo eléctrico frontal 20 están situados sobre (por ejemplo, en contacto con) la región de campo eléctrico frontal 20, y los segundos electrodos 44 conectados conductivamente a la región de emisor 30 están situados (por ejemplo, en contacto) sobre la región de emisor 30. Los primeros electrodos 42 pueden incluir una primera capa de electrodos transparente 421 y una primera capa de electrodo metálico 422 apiladas secuencialmente en la región de campo eléctrico frontal 20.
[0079] En la presente invención, la primera capa de electrodo transparente 421 está formada (por ejemplo, en contacto) sobre toda la superficie de la región de campo eléctrico frontal 20. La formación de la primera capa de electrodo transparente 421 sobre toda la superficie de la región de campo eléctrico frontal 20 puede no solo incluir la cobertura de la totalidad de la región de campo eléctrico frontal 20 con la primera capa de electrodo transparente 421 sin un espacio vacío o una región vacía, sino que también puede incluir la inevitable no formación de la capa de electrodo transparente 421 en algunas regiones. Si la primera capa de electrodo transparente 421 se forma sobre toda la superficie de la región de campo eléctrico frontal 20, los portadores pueden llegar fácilmente a la primera capa de electrodo metálico 422 a través de la primera capa de electrodo transparente 421 y, de esta manera, puede reducirse la resistencia en la dirección horizontal. Debido a que la cristalinidad de la región de campo eléctrico frontal 20 formada por una capa de semiconductor amorfo es relativamente baja y, de esta manera, la movilidad de los portadores puede verse reducida, la primera capa de electrodo transparente 421 reduce la resistencia cuando los portadores se desplazan en la dirección horizontal.
[0080] La primera capa de electrodo transparente 421 se forma sobre toda la superficie de la región de campo eléctrico frontal 20 y, de esta manera, puede estar formada por un material que puede transmitir la luz (un material transmisor de la luz). Es decir, la primera capa de electrodo transparente 421 puede estar formada por un material conductor transparente para permitir el paso de la luz y desplazar fácilmente los portadores. Por lo tanto, aunque la primera capa de electrodo transparente 421 esté formada sobre toda la superficie de la región de campo eléctrico frontal 20, puede no bloquearse la transmitancia óptica.
[0081] Por ejemplo, la primera capa de electrodo transparente 421 puede incluir por lo menos uno de óxido de indio y estaño (ITO), óxido de aluminio y zinc (AZO), óxido de boro y zinc (BZO), óxido de indio y tungsteno (IWO) y óxido de indio y cesio (ICO). Además, la primera capa de electrodo transparente 421 puede incluir óxido de indio dopado con titanio (Ti) y tántalo (Ta), es decir, óxido de indio, titanio y tántalo. Sin embargo, la exposición no se encuentra limita a ello y la primera capa de electrodo transparente 421 puede incluir otros diversos materiales.
[0082] En la presente invención, la primera capa de electrodo transparente 421 de la presente realización puede incluir, además, hidrógeno, además del material descrito anteriormente como material principal. Es decir, la primera capa de electrodo transparente 421 puede incluir por lo menos uno de óxido de indio y estaño que incluye hidrógeno (ITO:H), óxido de aluminio y zinc que incluye hidrógeno (AZO:H), óxido de boro y zinc que incluye hidrógeno (BZO:H), óxido de indio y tungsteno que incluye hidrógeno (IWO:H) y óxido de indio y cesio que incluye hidrógeno (ICO:H).
[0083] La primera capa de electrodo transparente 421 puede formarse mediante deposición y, cuando se inyecta gas hidrógeno durante la deposición, el hidrógeno puede incluirse en la primera capa de electrodo transparente 421. Si la primera capa de electrodo transparente 421 incluye hidrógeno, puede mejorar la movilidad de electrones o huecos, mejorando la transmitancia.
[0084] Por ejemplo, en la presente realización, la primera capa de electrodo transparente 421 que utiliza ICO:H puede presentar características ópticas mejoradas adicionalmente. Lo anterior se describirá en mayor detalle posteriormente. La Tabla 1, a continuación, establece las resistencias específicas, densidades de portadores y movilidades de ITO, IWO, ICO e ICO:H.
[0085] [Tabla 1]
[0088]
[0090] En referencia a la Tabla 1, el ITO presenta una resistencia específica ligeramente baja, aunque presenta características eléctricas, es decir, una densidad de portadores elevada y una movilidad muy reducida. Se puede observar que IWO e ICO presentan densidades de portadores más bajas y movilidades ligeramente más altas que las de ITO, aunque presentan resistencias específicas más altas que las de ITO. Por otro lado, ICO:H presenta una resistencia específica similar a la de ITO y una densidad de portadores reducida, aunque presenta una movilidad mucho más alta que la de ITO, IWO e ICO, excluyendo hidrógeno. ICO:H, al presentar una densidad de portadores reducida y una movilidad elevada, presenta una resistencia específica reducida, aunque puede mejorar la transmitancia debido a la reducción de la absorción de luz utilizando portadores libres. Por lo tanto, ICO:H puede presentar excelentes características eléctricas debido a su baja resistencia específica, y mejorar la transmitancia de manera que presente excelentes características ópticas. Tales características ópticas excelentes pueden mostrar efectos excelentes en una celda solar, que realiza la conversión fotoeléctrica utilizando luz, a diferencia de otros dispositivos eléctricos, que no utilizan luz directamente (por ejemplo, un dispositivo de visualización, un dispositivo semiconductor, etc.).
[0091] En la presente realización, se puede formar la primera capa de electrodo metálico 422 con un patrón sobre la primera capa de electrodo transparente 421. Por ejemplo, la primera capa de electrodo metálico 422 puede contactar con la primera capa de electrodo transparente 421 y de esta manera simplificar la estructura del primer electrodo 42. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y existen diversas modificaciones, tales como la presencia de una capa separada entre la primera capa de electrodo transparente 421 y la primera capa de electrodo metálico 422, etc.
[0092] La primera capa de electrodo metálico 422 situada sobre la primera capa de electrodo transparente 421 puede estar formada por un material que presente una conductividad eléctrica superior a la de la primera capa de electrodo transparente 421. Por lo tanto, la primera capa de electrodo metálico 422 puede mejorar adicionalmente características tales como la eficiencia de recogida de portadores, la reducción de la resistencia, etc. Por ejemplo, la primera capa de electrodo metálico 422 puede estar formada por un metal opaco que presente una excelente conductividad eléctrica o un metal que presente menor transparencia que la primera capa de electrodo transparente 421.
[0093] Debido a que la primera capa de electrodo metálico 422 es opaca o presenta baja transparencia y de esta manera puede interferir con la incidencia de luz, la primera capa de electrodo metálico 422 puede presentar un patrón designado para minimizar la pérdida por sombreado. Por lo tanto, la luz puede incidir en regiones en las que no se ha formado la primera capa de electrodo metálico 422. La forma del plano de la primera capa de electrodo metálico 422 se describirá con más detalle posteriormente, en referencia a la FIG.2.
[0094] Los segundos electrodos 44 pueden incluir una segunda capa de electrodo transparente 441 y una segunda capa de electrodo metálico 442 apiladas secuencialmente sobre la región de emisor 30. Con la excepción de que los segundos electrodos 44 se encuentren situados en la región de emisor 30, las funciones, materiales, formas, etc. de la segunda capa de electrodo transparente 441 y la segunda capa de electrodo metálico 442 de los segundos electrodos 44 son las mismas que las funciones, materiales, formas, etc. de la primera capa de electrodo transparente 421 y la primera capa de electrodo metálico 422 de los primeros electrodos 42 y, por lo tanto, la descripción anterior de la primera capa de electrodo transparente 421 y la primera capa de electrodo metálico 422 de los primeros electrodos 42 puede aplicarse igualmente a la segunda capa de electrodo transparente 441 y la segunda capa de electrodo metálico 442 de los segundos electrodos 44.
[0095] En la presente realización, el grosor de la primera capa de electrodos transparentes 42 puede ser mayor que el grosor de la segunda capa de electrodo transparente 441. Es decir, la primera capa de electrodo transparente 421 puede presentar un grosor relativamente grande de manera que funcione como una película antirreflectante, lo que puede evitar la reflexión de la luz, y la segunda capa de electrodo transparente 441, que no requiere de manera crítica la función de película antirreflectante, puede presentar un grosor relativamente pequeño.
[0096] Por ejemplo, una relación de grosor de la segunda capa de electrodo transparente 441 a grosor de la primera capa de electrodo transparente 42a puede ser de 1:1,1 a 1:4 (por ejemplo, de 1:1,2 a 1:2,25). Si dicha relación es inferior a 1:1,1, la segunda capa de electrodo transparente 141 puede no servir suficientemente como una película antirreflectante. Si tal relación supera 1:4, el grosor de la segunda capa de electrodo transparente 411 no es suficiente y, de esta manera, las características eléctricas pueden verse afectadas, o el grosor de la primera capa de electrodo transparente 421 se incrementa y, por lo tanto, pueden incrementarse los costes de fabricación, el tiempo de fabricación, etc. Si la relación es de 1:1,2 a 1:1,25, pueden no producirse en grado suficiente los efectos de la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior. En caso contrario, por ejemplo, el grosor de la primera capa de electrodo transparente 421 puede ser de 70 nm a 90 nm, y el grosor de la segunda capa de electrodo transparente 441 puede ser de 50 nm a 80 nm. Estos intervalos están restringidos para que la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 puedan implementar suficientemente las características deseadas. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior. En la presente realización, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 del primer y segundo electrodo 42 y 44 pueden estar formadas de un material que puede ser cocido a baja temperatura (por ejemplo, a una temperatura de proceso de 300 °C o inferior). Por ejemplo, la primera y segunda capa de electrodos metálicos 422 y 442 pueden no incluir frita de vidrio formada de un compuesto metálico designado (por ejemplo, un óxido que incluya oxígeno, un carburo que incluya carbono, o un sulfuro que incluya azufre), aunque pueden incluir solo un material conductor y una resina (un ligante, un agente endurecedor y aditivos). La primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 no incluyen frita de vidrio y, por lo tanto, se pueden cocer fácilmente a baja temperatura. El material conductor puede incluir plata (Ag), aluminio (Al), cobre (Cu), etc., y la resina puede incluir un ligante a base de celulosa o un aglutinante fenólico, un agente de endurecimiento a base de amina, etc.
[0097] De esta manera, en la presente realización, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 contactan con la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 y, por lo tanto, no es necesario formar huecos a través de una película de aislamiento. Por lo tanto, se utiliza una pasta de cocción a baja temperatura, de la que se ha eliminado frita de vidrio. Debido a que la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 no incluyen frita de vidrio y solo incluyen un material conductor y una resina, el material conductor puede ser sinterizado y, de esta manera, las moléculas del material conductor pueden ponerse en contacto entre sí sin conexión y agregarse para que presenten conductividad.
[0098] Alternativamente, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 pueden formarse mediante electrodeposición.
[0099] A continuación, se describirán en más detalle las formas planas de la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 del primer y segundo electrodo 42 y 44 en referencia a la FIG.2.
[0100] La FIG.2 es una vista en planta de la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 de la celda solar 100 mostrada en la FIG. 1. La FIG. 2 ilustra únicamente el sustrato semiconductor 110 y la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 del primer y segundo electrodo 42 y 44.
[0101] En referencia a la FIG.2, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 pueden incluir una pluralidad de electrodos de dedo 42a y 44a espaciados entre sí por un paso designado. Aunque la fig.2 ilustra que los electrodos de dedo 42a y 44a son paralelos entre sí y son paralelos a los bordes del sustrato semiconductor 110, la exposición no se encuentra limitada a ello. Además, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 pueden incluir electrodos de barra colectora 42b y 44b formados en una dirección que intersecta los electrodos de dedo 42a y 44a de manera que conectan los electrodos de dedo 42a y 44a. Se puede proporcionar un electrodo de barra colectora 42b y 44b o, tal como se muestra a título de ejemplo en la FIG.2, se pueden proporcionar una pluralidad de electrodos de barra colectora 42b y 44b a un paso mayor que el de los electrodos de dedo 42a y 44a. En la presente invención, la anchura de los electrodos de barra colectora 42b y 44b puede ser mayor que la anchura de los electrodos de dedo 42a y 44a, aunque la exposición no se encuentra limitada a ello. Por lo tanto, la anchura de los electrodos de la barra colectora 42b y 44b puede ser igual o inferior a la anchura de los electrodos de dedo 42a y 44a.
[0102] La FIG.2 ilustra a modo de ejemplo la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 como presentando la misma forma en planta. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y las anchuras, pasos, etc. de los electrodos de dedo 42a y los electrodos de barra colectora 42b de la primera capa de electrodo metálico 422 pueden presentar valores diferentes a las anchuras, pasos, etc. de los electrodos en forma de dedo 44a y los electrodos de barra colectora 44b de la segunda capa de electrodo metálico 442. Además, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 pueden presentar diferentes formas en planta y son posibles otras diversas modificaciones.
[0103] En la presente realización, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442, que incluyen un metal opaco o un metal con baja transparencia, del primer y segundo electrodo 42 y 44 de la celda solar 100 presentan un patrón designado y, de esta manera, la celda solar 100 presenta una estructura receptora de luz bifacial en la que la luz puede incidir sobre las superficies frontal y posterior del sustrato semiconductor 110. De esta manera, se incrementa la cantidad de luz utilizada por la celda solar 100, contribuyendo de esta manera a la mejora de la eficiencia de la celda solar 100. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y la segunda capa de electrodo metálico 442 de los segundos electrodos 44 puede formarse sobre toda la superficie posterior del sustrato semiconductor 110. Lo anterior se describirá en mayor detalle posteriormente en referencia a las FIGS.5 y 6.
[0104] Según la presente realización, la región de campo eléctrico frontal 20 se encuentra en la superficie frontal del sustrato semiconductor 110 con la primera película de pasivación 52 interpuesta entre ambos, y la región de emisor 30 se encuentra en la superficie posterior del sustrato semiconductor 110 con la segunda película de pasivación 54 interpuesta entre ambos. De esta manera, la región de campo eléctrico frontal 20 presenta un grosor relativamente pequeño y, de esta manera, se puede minimizar la pérdida óptica, y la región de emisor 30 presenta un grosor relativamente grande y, de esta manera, se puede ejecutar de manera eficaz la conversión fotoeléctrica y se pueden mejorar las características de pasivación. Además, el sustrato semiconductor 110 no incluye una región dopada, sino que solo incluye la región base 10, por lo que presenta excelentes características de pasivación. Además, mediante la restricción de las relaciones de grosor y las proporciones de grosor entre la primera película de pasivación 52 y la primera capa de electrodo transparente 421 situada sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor 110 y la segunda película de pasivación 54 y la segunda capa de electrodo transparente 441 situada en la superficie posterior del sustrato semiconductor 110, y los materiales de la región de campo eléctrico frontal 20, la región de emisor 30, la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 y la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441, se pueden maximizar las características de pasivación y se puede maximizar la densidad de corriente. De este modo, puede maximizarse la eficiencia de la celda solar 100.
[0105] La celda solar 100 descrita anteriormente puede formarse mediante diversos procesos. Un método de fabricación de una celda solar 100 según una realización de la presente invención se describirá en detalle en referencia a las FIGS.
[0106] 3A a 3E. Las FIGS.3A a 3E son vistas en sección transversal que ilustran un método de fabricación de la celda solar 100 según la presente realización.
[0107] En primer lugar, tal como se muestra a modo de ejemplo en la FIG.3A, se forman en el sustrato semiconductor 110 la primera y segunda irregularidad 112 y 114. En más detalle, tal como se ha descrito anteriormente, primero se forman las partes irregulares 112a y 114a de la primera y segunda irregularidad 112 y 114 mediante grabado húmedo y, después, se pueden formar las segundas partes irregulares 112b de la primera irregularidad 112 mediante grabado iónico reactivo (RIE). Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y la primera y segunda irregularidad 112 y 114 pueden formarse a través de diversos métodos.
[0109] Posteriormente, tal como se muestra a modo de ejemplo en la FIG. 3B, pueden formarse sobre el sustrato semiconductor 110 la primera y segunda película de pasivación 52 y 54. La primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden formarse mediante, por ejemplo, crecimiento térmico, deposición (por ejemplo, deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD, por sus siglas en inglés) o deposición por capas atómicas (ALD, por sus siglas en inglés)), etc. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a ello y la primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden formarse a través de diversos métodos. La primera y segunda película de pasivación 52 y 54 pueden formarse simultáneamente o de manera secuencial.
[0111] Posteriormente, tal como se muestra a modo de ejemplo en la FIG. 3, se forma 3C, una región de campo eléctrico frontal 20 y una región emisora 30 en la primera y segunda película de pasivación 52 y 54. Con más detalle, la región de campo eléctrico frontal 20 se forma sobre la primera película de pasivación 52 y la región de emisor 30 se forma sobre la segunda película de pasivación 54.
[0113] La región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden formarse, por ejemplo, mediante deposición (por ejemplo, deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD) o deposición química de vapor a baja presión (LPCVD, por sus siglas en inglés)). Las capas semiconductoras para formar la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden incluir primeros y segundos dopantes durante un proceso de crecimiento de las capas semiconductoras o, después de la formación de las capas semiconductoras, las capas semiconductoras pueden ser dopadas con los primeros y segundos dopantes mediante implantación iónica, difusión térmica, dopado láser, etc. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a ello y la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden formarse mediante diversos métodos. La región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden formarse simultáneamente y después doparse con el primer y segundo dopante, o depositarse y/o doparse secuencialmente con el primer y segundo dopante.
[0115] Por ejemplo, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden formarse mediante inyección de una mezcla de gases, formada mediante la mezcla de un gas que incluye un material dopante, gas hidrógeno (H<2>) y gas portador (por ejemplo, gas argón (Ar) o gas nitrógeno (N<2>)), junto con materias primas (por ejemplo, gas silano (SiH<4>)) que forman la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30.
[0117] En la presente invención, si la región de campo eléctrico frontal 20 incluye una capa de semiconductor de tipo n, el gas que incluye un material dopante puede utilizar gas de fosfina (PH<3>) y, si la región de emisor 30 incluye una capa de semiconductor de tipo p, el gas que incluye un material dopante puede incluir gas de diborano (B<2>H<6>). A medida que aumenta la proporción de gas, incluyendo un material dopante, respecto al gas silano, se puede formar una capa de semiconductor con una mayor concentración de dopado.
[0119] Por ejemplo, en la región de campo eléctrico frontal 20, una proporción de gas que incluye un material dopante con respecto al gas silano puede superar 0 % y ser de 0,5 % o inferior y, en este caso, una proporción de gas silano a gas hidrógeno puede ser de 1 % a 20 %. Además, en la región de campo eléctrico frontal 20, una proporción de gas que incluye el material dopante respecto al gas silano puede superar el 0,5 % y ser de 1,0 % o inferior y, en este caso, la proporción de gas hidrógeno a gas silano es de 20 % a 70 %.
[0121] A la proporción anterior, que supera el 0,5 % y es inferior al 1,0 %, la proporción de gas hidrógeno a gas silano de 20 % a 70 % y, a medida que se incrementa la cantidad de gas dopante, puede incrementarse la cantidad de gas hidrógeno. En este caso, la capa de semiconductor dopado puede presentar una mayor concentración de hidrógeno que una capa de semiconductor intrínseco.
[0123] Dentro de los intervalos descritos anteriormente, la región de campo eléctrico frontal 20 puede presentar una concentración de dopado suficiente y mantener la estabilidad debido al gas hidrógeno y a una velocidad de deposición adecuada. Además, en la región de emisor 30, una proporción de gas que incluye un material dopante con respecto al gas silano puede exceder 0 % y ser de 0,3 % o inferior y, en este caso, la proporción de gas silano a gas hidrógeno puede ser de 1 % a 120 %. Además, en la región de emisor 30, una proporción de gas que incluye el material dopante con respecto al gas silano puede exceder 0 % y ser de 1,0 % o inferior y, en este caso, la proporción de gas silano a gas hidrógeno puede ser de 20 % a 200 %. Dentro de los intervalos indicados anteriormente, la región de emisor 30 puede presentar una concentración de dopado suficiente y mantener la estabilidad debido al gas hidrógeno y a una velocidad de deposición adecuada. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a los intervalos numéricos anteriormente indicados. En la formación de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30, los intervalos de las proporciones de gases dopantes a gas silano son diferentes, tal como se ha indicado anteriormente. Es decir, el intervalo de la proporción de gas dopante a gas silano utilizado para formar la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser más amplio que el intervalo de la proporción de gas dopante a gas silano utilizado para formar la región de emisor 30.
[0124] Además, en la formación de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30, la temperatura de deposición puede ser de 100 ºC a 250 °C y, en este caso, la proporción de gas hidrógeno a gas silano puede ser de 2 % a 30 %. Además, dentro de un intervalo más estrecho, en la formación de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30, la temperatura de deposición puede ser de 140 ºC a 200 °C y, en este caso, la relación de gas hidrógeno a gas silano puede ser de 5 % a 20 %. Es decir, en la presente realización, la temperatura de deposición y la proporción de gas hidrógeno a gas silano pueden estar en proporción directa entre sí y, de esta manera, a medida que se incrementa la temperatura de deposición, puede incrementarse la relación de gas hidrógeno a gas silano. Dentro de dicho intervalo, la estabilidad debida al gas hidrógeno puede mejorarse y se puede mantener una velocidad de deposición adecuada.
[0126] Además, en la presente realización, la brecha de banda de la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser mayor que la brecha de banda del sustrato semiconductor 110. De manera similar, la brecha de banda de la región de emisor 30 puede ser mayor que la brecha de banda del sustrato semiconductor 110. De esta manera, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden recoger selectivamente portadores (electrones y huecos). En la presente invención, las bandas prohibidas de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden depender de las proporciones de gas hidrógeno a gas silano.
[0128] En la formación de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30, si se proporciona gas silano pero no se proporciona gas que incluya dopantes (es decir, en el caso de capas de semiconductor intrínseco), la banda prohibida de la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser mayor que la banda prohibida de la región de emisor 30. Es decir, mediante el control de las proporciones de gas hidrógeno a gas silano, la banda prohibida de la capa de semiconductor intrínseco de la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser mayor que la banda prohibida de la capa de semiconductor intrínseco de la región de emisor 30. En este caso, la proporción entre la banda prohibida de la región de emisor 30 y la banda prohibida de la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser de 1 a 1,15.
[0130] Si la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 presentan bandas prohibidas de 1,7 a 1,8, respectivamente, la proporción de gas que incluye el dopante con respecto a gas silano para formar la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser mayor que la proporción entre gas que incluye el dopante y gas silano para formar la región de emisor 30. Es decir, la proporción entre gas que incluye el dopante y gas silano para formar la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser de 3 a 10 veces la proporción entre gas que incluye el dopante y gas silano para formar la región de emisor 30.
[0132] Si la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 presentan bandas prohibidas de 1,1 a 1,7, respectivamente, la proporción de gas que incluye el dopante con respecto a gas silano para formar la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser mayor que la proporción entre gas que incluye el dopante y gas silano para formar la región de emisor 30. Es decir, la proporción entre gas que incluye el dopante y gas silano para formar la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser de 1 a 8 veces la proporción entre gas que incluye el dopante y gas silano para formar la región de emisor 30.
[0134] En la presente realización, las bandas prohibidas de energía de la región de campo eléctrico frontal 20 y de la región de emisor 30 pueden ser controladas de manera eficaz mediante el ajuste de las proporciones entre los gases dopantes y el gas silano. Además, aunque la presente realización describe la región de campo eléctrico frontal 20 de un tipo n y la región de emisor 30 de un tipo p, tal descripción se proporciona solo a título de ejemplo y la exposición no se encuentra limitada a la misma. Por lo tanto, al contrario que en la descripción anterior, se puede formar la región de campo eléctrico frontal 20 de un tipo p y la región de emisor 30 de un tipo n. Además, aunque la presente realización describe la región de campo eléctrico frontal 20 como dispuesta sobre la superficie frontal de la celda solar 100 y la región de emisor 30 como dispuesta sobre la superficie trasera de la celda solar 100, dicha descripción se proporciona solo a título de ejemplo y las posiciones de la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 pueden invertirse. En este caso, la región de campo eléctrico frontal 20 puede denominarse «región de campo eléctrico posterior» 20.
[0136] Posteriormente, tal como se muestra a modo de ejemplo en la FIG. 3D, la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 se forman sobre la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30. En más detalle, la primera capa de electrodo transparente 421 puede formarse sobre la región de campo eléctrico frontal 20, y la segunda capa de electrodo transparente 442 puede formarse sobre la región de emisor 30.
[0138] La primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 pueden formarse, por ejemplo, mediante deposición (por ejemplo, deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD), recubrimiento, etc.). Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 pueden formarse mediante diversos métodos.
[0140] Por ejemplo, la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 pueden formarse mediante la inyección de una mezcla de gases, formada por la mezcla de gas hidrógeno (H<2>) y gas portador (por ejemplo, gas argón (Ar) o gas nitrógeno (N<2>)), junto con las materias primas que forman la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441. De esta manera, la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 incluyen hidrógeno y, por lo tanto, se pueden implementar los efectos del hidrógeno. Por ejemplo, la proporción de gas hidrógeno a gas portador (por ejemplo, una proporción H<2>/N<2>o una proporción H<2>/Ar) puede ser de 0,5 a 5 % (por ejemplo, % en volumen). Si dicha proporción es inferior a 0,5 %, los efectos del hidrógeno pueden no ser suficientes. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a dicha proporción numérica. Si la proporción supera el 5 %, la estabilidad debido al gas hidrógeno puede verse reducida y puede reducirse la velocidad de deposición. Con más detalle, la proporción de gas hidrógeno a gas portador (es decir, la proporción H<2>/N<2>) puede ser de 0,5 % a 2 %. La razón de ello es que, dentro de dicho intervalo, la estabilidad puede mejorarse adicionalmente y se puede incrementar la velocidad de deposición. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a dicho intervalo numérico.
[0141] En la presente realización, además se puede inyectar gas oxígeno junto con gas hidrógeno y gas nitrógeno. Se incluye oxígeno como materias primas principales, aunque el oxígeno en la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 pueden mantenerse en una proporción adecuada mediante la inyección adicional de oxígeno. Por ejemplo, una proporción de gas oxígeno a gas portador (por ejemplo, una proporción O<2>/N<2>o una proporción O<2>/Ar) puede ser de 15 % a 40 % (por ejemplo, % en volumen). Si dicha proporción es inferior a 15 %, los efectos del gas oxígeno pueden no ser suficientes y, si la proporción supera el 40 %, las características eléctricas de la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441 pueden deteriorarse. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a dicho intervalo numérico.
[0142] Posteriormente, tal como se muestra a modo de ejemplo en la FIG. 3E, la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 se forman sobre la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441.
[0143] Por ejemplo, una de la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 puede formarse mediante la formación de una primera capa de pasta a baja temperatura sobre una de las regiones del campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 (más en detalle, sobre una de la primera y segunda capa de electrodo transparente 421 y 441) y después secando la primera capa de pasta a baja temperatura, y la otra de la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 puede formarse mediante la formación de una segunda capa de pasta a baja temperatura en la otra de las regiones del campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30 y después secando la segunda capa de pasta a baja temperatura. Puede resultar difícil formar tanto la primera como la segunda capa de pasta a baja temperatura con fluidez sobre ambas superficies del sustrato semiconductor 110 de manera que presente un patrón deseado. Teniendo en cuenta dicha dificultad, después de que se forme una de la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442 mediante la formación de la primera capa de pasta a baja temperatura que presenta fluidez sobre una superficie del sustrato semiconductor 110 y después secando la primera capa de pasta a baja temperatura, se forma la segunda capa de pasta a baja temperatura que presenta fluidez sobre la otra superficie del sustrato semiconductor 110. De esta manera, se pueden evitar problemas, tales como el desbordamiento de la primera capa de pasta a baja temperatura durante la formación de la segunda capa de pasta a baja temperatura. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a ello, y la primera y segunda capa de pasta a baja temperatura pueden formarse simultáneamente sobre ambas superficies del sustrato semiconductor 110 y después secarse simultáneamente.
[0144] La primera o segunda capa de pasta a baja temperatura puede incluir un material conductor, una resina (un ligante, un agente endurecedor, aditivos, etc.) y un solvente. Las composiciones del material conductor y de la resina se han descrito anteriormente y, por lo tanto, se omitirá una descripción detallada de las mismas. Se pueden utilizar diversos materiales como solventes y, por ejemplo, se puede utilizar un solvente a base de éter. En la presente invención, la primera y segunda capa de pasta a baja temperatura pueden incluir de 85 a 90 partes en peso de un material conductor, de 1 a 15 partes en peso de una resina y de 5 a 10 partes en peso de un solvente con respecto a 100 partes en peso. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior.
[0145] La primera o segunda capa de pasta a baja temperatura puede formarse mediante diversos métodos, por ejemplo, mediante impresión, de manera que presente un patrón deseado. De esta manera, la primera o segunda capa de pasta de baja temperatura con un patrón designado puede formarse a través de un proceso simple.
[0146] La primera o segunda capa de pasta de baja temperatura puede secarse a una temperatura de 300 °C o inferior. Dicha temperatura está restringida de manera que evite el deterioro de la primera y segunda película de pasivación 52 y 54, la región de campo eléctrico frontal 20 y la región de emisor 30. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior.
[0147] El solvente de la primera o segunda capa de pasta de baja temperatura se elimina mediante dicha operación de secado y, de esta manera, la primera o segunda capa de electrodo metálico 422 o 442 puede incluir el material conductor y la resina sin un compuesto metálico que incluya oxígeno, carbono, azufre, etc.
[0148] Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior y puede formarse mediante electrodeposición por lo menos una de la primera y segunda capa de electrodo metálico 422 y 442. Por ejemplo, la primera o segunda capa de electrodo metálico 422 o 442 puede ser una capa de electrodeposición que incluye cobre, formada mediante electrodeposición utilizando cobre.
[0149] Las celdas solares según otras realizaciones de la presente invención se describirán en detalle en referencia a los dibujos adjuntos. La descripción anterior puede aplicarse a partes que son sustancialmente iguales o similares a la descripción, y por lo tanto se omitirá una descripción detallada de estas partes. Además, las combinaciones de la realización descrita anteriormente o de realizaciones modificadas de la misma, así como de realizaciones que se describirán posteriormente o de realizaciones modificadas de las mismas, estarán comprendidas dentro del alcance de la invención.
[0151] La FIG.4 es una vista en sección transversal que ilustra una celda solar según una realización adicional de la presente invención.
[0153] En referencia a la FIG.4, en una celda solar 100 según la presente realización, una región de campo eléctrico frontal 20 incluye una primera parte de campo eléctrico (una parte de baja concentración) 20a formada adyacentemente a un sustrato semiconductor 110 o a una primera película de pasivación 52, y una segunda parte de campo eléctrico (una parte de alta concentración) 20b que incluye un dopante de primer tipo de conductividad a una concentración de dopado más alta que la primera parte de campo eléctrico 20a y, por lo tanto, que presenta una resistencia menor que la primera parte de campo eléctrico 20a. Además, una región de emisor 30 incluye una primera parte de emisor (una parte de baja concentración) 30a formada adyacentemente al sustrato semiconductor 110 o a una segunda película de pasivación 54, y una segunda parte de emisor (una parte de alta concentración) 30b que incluye un dopante de segundo tipo de conductividad a una concentración de dopado más alta que la primera parte de emisor 30a y, por lo tanto, que presenta una resistencia más baja que la primera parte de emisor 30a.
[0155] La primera parte de campo eléctrico 20a o la primera parte de emisor 30a pueden formar un campo eléctrico designado sobre el sustrato semiconductor 110 y, por lo tanto, servir para pasivar el sustrato semiconductor 110. Además, la segunda parte de campo eléctrico 20b o la segunda parte de emisor 30b pueden servir para mejorar las características de contacto de la primera o segunda capa de electrodo transparente 421 o 441 y minimizar la no coincidencia en una función de trabajo con la primera o segunda capa de electrodo transparente 421 o 441.
[0157] En la presente invención, la proporción entre el grosor de la segunda parte de campo eléctrico 20b y el grosor de la región de campo eléctrico frontal 20 puede ser de 35 % a 55 %, y la relación entre el grosor de la segunda parte de emisor 30b y el grosor de la región de emisor 30 puede ser de 30 % a 50 %. Por ejemplo, el grosor de la primera parte de campo eléctrico 20a puede ser de 1 nm a 4 nm, y el grosor de la segunda parte de campo eléctrico 20b puede ser de 1 nm a 5 nm (por ejemplo, de 2 nm a 5 nm). Además, el grosor de la primera parte de emisor 30a puede ser de 5 nm a 10 nm, y el grosor de la segunda parte de emisor 30b puede ser de 3 nm a 8 nm. Dentro de dichos intervalos, la primera parte de campo eléctrico 20a, la segunda parte de campo eléctrico 20b, la primera parte de emisor 30a y la segunda parte de emisor 30b pueden ejecutar suficientemente las funciones descritas anteriormente.
[0159] En la presente invención, por ejemplo, el grosor de la primera parte de campo eléctrico 20a puede ser mayor que el grosor de la segunda parte de campo eléctrico 20b. De manera similar, el grosor de la primera parte de emisor 30a puede ser mayor que el grosor de la segunda parte de emisor 30b. Si la primera parte de campo eléctrico 20a o la primera parte de emisor 30a que sirve para pasivar el sustrato semiconductor 110 presenta un grosor pequeño, los efectos de pasivación pueden reducirse relativamente. Por otro lado, aunque la segunda parte de campo eléctrico 20b o la segunda parte de emisor 20a presente un grosor relativamente pequeño, la segunda parte de campo eléctrico 20b o la segunda parte de emisor 20a pueden ejecutar suficientemente sus funciones. Por lo tanto, al hacer que el grosor de la primera parte de campo eléctrico 20a sea mayor que el grosor de la segunda parte de campo eléctrico 20b y al hacer que el grosor de la primera parte de emisor 30a sea mayor que el grosor de la segunda parte de emisor 30b, se pueden mejorar tanto los efectos de pasivación como las características de contacto con la primera o segunda capa de electrodo transparente 421 o 441. Sin embargo, la exposición no se encuentra limitada a lo anterior. Por lo tanto, el grosor de la primera parte de campo eléctrico 20a puede ser menor que el grosor de la segunda parte de campo eléctrico 20b, y son posibles otras diversas modificaciones.
[0161] Además, una proporción de la concentración de dopado de la segunda parte de emisor 30a con respecto a la concentración de dopado de la primera parte de emisor 30b puede ser igual o mayor que una proporción entre la concentración de dopado de la segunda parte de campo eléctrico 20a y la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20b. En caso contrario, la concentración de dopado de la primera parte de emisor 20a con el dopante de segundo tipo de conductividad puede ser igual o menor que la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20a con el dopante de primer tipo de conductividad. Por ejemplo, la proporción entre la concentración de dopado de la primera parte de emisor 30a y la concentración de dopado de la segunda parte de emisor 30b puede ser mayor que la proporción entre la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20a y la concentración de dopado de la segunda parte de campo eléctrico 20b, o la concentración de dopado de la primera parte de emisor 20a con el dopante de segundo tipo de conducción puede ser menor que la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20a con el dopante de primer tipo de conducción.
[0163] Si la primera parte de emisor 30a es de tipo p, se puede utilizar boro como el dopante de segundo tipo de conductividad. En la presente invención, el boro puede difundir hasta la interfaz entre el sustrato de semiconductor 110 y la segunda película de pasivación 54 y, de esta manera, las características interfaciales pueden deteriorarse. Además, a medida que se incrementa la cantidad de boro, el hidrógeno en el sustrato semiconductor 110 o la segunda película de pasivación 54 se difunde hacia el exterior a una tasa de difusión más alta y, por lo tanto, las características de pasivación pueden deteriorarse. Teniendo en cuenta tal hecho, la concentración de dopado de la primera parte de emisor 30a con el dopante de segundo tipo de conductividad puede ser menor que la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20a con el dopante de primer tipo de conductividad y, de esta manera, se pueden satisfacer las proporciones indicadas anteriormente.
[0164] Por ejemplo, la proporción entre la concentración de dopado de la segunda parte de campo eléctrico 20a y la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20b puede exceder 1 y ser de 1,3 o inferior, y la proporción entre la concentración de dopado de la segunda parte de emisor 30a y la concentración de dopado de la primera parte de emisor 30b puede exceder 1 y ser de 1,5 o inferior. Por ejemplo, la proporción entre la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico 20a y la concentración de dopado de la segunda parte de campo eléctrico 20b puede ser de 1,05 a 1,3, y la proporción entre la concentración de dopado de la primera parte de emisor 30a y la concentración de dopado de la segunda parte de emisor 30b puede ser de 1,05 a 1,5. Estos intervalos son restringidos a fin de maximizar los efectos de la primera y segunda parte de campo eléctrico 20a y 20b y la primera y segunda parte de emisor 30a y 30b, aunque la exposición no se encuentra limitada a ello.
[0165] La FIG. 5 es una vista en sección transversal que ilustra una celda solar según otra realización de la presente invención.
[0166] En referencia a la FIG. 5, en una celda solar 100 según la presente realización, una segunda capa de electrodo metálico 442 no presenta un patrón y puede formarse sobre toda la superficie de una segunda capa de electrodo transparente 441 sobre la superficie posterior de un sustrato semiconductor 110. De esta manera, la segunda capa de electrodo metálico 442 puede servir como una película reflectante sobre la superficie trasera del sustrato semiconductor 110 y reflejar de esta manera la luz que llega a la segunda capa de electrodo metálico 442 a través de una región de emisor 30 de manera que se reutiliza la luz. Por lo tanto, se puede incrementar una cantidad de luz y mejorar los efectos de conversión fotoeléctrica.
[0167] En la presente invención, debido a que la segunda capa de electrodo metálico 442 se forma sobre toda la superficie posterior del sustrato semiconductor 110 y, de esta manera, presenta una resistencia suficiente, la segunda capa de electrodo metálico 442 puede presentar un grosor menor que la primera capa de electrodo metálico 421 formada en un patrón.
[0168] La FIG. 6 es una vista en sección transversal que ilustra una celda solar según otra realización de la presente invención.
[0169] En referencia a la FIG. 6, en una celda solar 100 según la presente realización, no se proporciona una segunda irregularidad (114 en la FIG.1) sobre la superficie posterior de un sustrato semiconductor 110 y, de esta manera, la superficie posterior del sustrato semiconductor 110 puede presentar una rugosidad superficial menor que la superficie frontal del sustrato semiconductor 110. Por ejemplo, la superficie posterior del sustrato semiconductor 110 está pulida a espejo y de esta manera puede presentar una rugosidad superficial de 100 nm o inferior. Además, se puede formar una segunda capa de electrodo metálico 442, que no presenta un patrón, sobre toda la superficie de una segunda capa de electrodo transparente 441 sobre la superficie posterior del sustrato semiconductor 110. De esta manera, los efectos de reflexión de la segunda capa de electrodo metálico 442 sobre la superficie trasera del sustrato semiconductor 110 pueden mejorarse adicionalmente.
[0170] Tal como se desprende de la descripción anterior, en una celda solar y un método de fabricación de la misma según una realización de la presente invención, el grosor de una región de campo eléctrico frontal puede reducirse relativamente a fin de minimizar la pérdida óptica y el grosor de una región de emisor puede incrementarse relativamente a fin de facilitar la conversión fotoeléctrica y mejorar las características de pasivación. Además, el sustrato semiconductor incluye solo una región base sin una región dopada y, de esta manera, puede presentar excelentes características de pasivación. Además, mediante la restricción de las proporciones de grosor y las proporciones de grosor entre una primera película de pasivación y una primera capa de electrodo transparente situadas sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor y una segunda película de pasivación y una segunda capa de electrodo transparente situadas sobre la superficie posterior del sustrato semiconductor, así como los materiales de la región de campo eléctrico frontal, la región de emisor, la primera y segunda película de pasivación y la primera y segunda capa de electrodo transparente, se pueden maximizar las características de pasivación y se puede maximizar la densidad de corriente. De esta manera, se puede maximizar la eficiencia de la celda solar.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES
1. Celda solar que comprende:
- un sustrato semiconductor (110),
- una primera película de pasivación (52) situada sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor, - una segunda película de pasivación (54) situada sobre la superficie posterior del sustrato semiconductor (110),
- una región de campo eléctrico frontal (20) situada sobre la primera película de pasivación (52) sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor (110) y que es del mismo tipo de conductividad que el sustrato semiconductor (110),
- una región de emisor (30) situada sobre la segunda película de pasivación (54) sobre la superficie posterior del sustrato semiconductor (110) y que es de un tipo de conductividad opuesto al del sustrato semiconductor (110),
- primeros electrodos (42) conectados conductivamente a la región de campo eléctrico frontal (20), y - segundos electrodos (44) conectados conductivamente a la región de emisor (30),
- en la que el grosor de la región de emisor (30) es mayor que el grosor de la región de campo eléctrico frontal (20),
- en la que una proporción entre el grosor de la primera película de pasivación (52) y el grosor de la región de campo eléctrico frontal (20) es de 1:1 a 1:2, y una proporción entre el grosor de la segunda película de pasivación (54) y el grosor de la región de emisor (30) es de 1:2 a 1:5,
- en la que el grosor de la región de campo eléctrico frontal (20) es de 1 nm a 10 nm, y el grosor de la región de emisor (30) es de 3 nm a 15 nm y
- en la que el grosor de la segunda película de pasivación (54) es mayor que el grosor de la primera película de pasivación (52).
2. Celda solar según la reivindicación 1, en la que:
- la brecha de banda de la región de campo eléctrico frontal (20) es mayor que la brecha de banda del sustrato semiconductor (110), y
- la brecha de banda de la región de emisor (30) es mayor que la brecha de banda del sustrato semiconductor (110).
3. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- la región de campo eléctrico frontal (20) y la región de emisor (30) incluyen por lo menos uno de silicio amorfo dopado, óxido de silicio amorfo, carburo de silicio amorfo, óxido de indio-galio-zinc, óxido de titanio y óxido de molibdeno.
4. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- por lo menos una de la primera y la segunda película de pasivación (52, 54) incluye una capa de silicio amorfo intrínseco.
5. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- por lo menos una de la región de emisor (30) y la región de campo eléctrico frontal (20) incluye una primera parte y una segunda parte que presentan una concentración de dopado más alta que la de la primera parte,
- en la que el grosor de la primera parte es mayor que el grosor de la segunda parte.
6. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- la región de campo eléctrico frontal (20) incluye una primera parte de campo eléctrico (20a) situada sobre la primera película de pasivación (52), y una segunda parte de campo eléctrico (20b) situada sobre la primera parte de campo eléctrico y que presenta una concentración de dopado más alta que la de la primera parte de campo eléctrico,
- la región de emisor (30) incluye una primera parte de emisor (30a) situada sobre la segunda película de pasivación (54), y una segunda parte de emisor (30b) situada sobre la primera parte de emisor y que presenta una concentración de dopado mayor que la de la primera parte de emisor, y
- la proporción entre la concentración de dopado de la segunda parte de emisor y la concentración de dopado de la primera parte de emisor es igual o mayor que la proporción entre la concentración de dopado de la segunda parte de campo eléctrico y la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico, y la concentración de dopado de la primera parte de emisor con un dopante de segundo tipo de conductividad es igual o menor que la concentración de dopado de la primera parte de campo eléctrico con un dopante de primer tipo de conductividad.
7. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- por lo menos uno del primer electrodo (42) y el segundo electrodo (44) incluye una capa de electrodo transparente (421, 441) y una capa de electrodo metálico (422, 442) situada sobre la capa de electrodo transparente, y
- la capa de electrodo transparente incluye por lo menos uno de óxido de indio y estaño (ITO), óxido de aluminio y zinc (AZO), óxido de boro y zinc (BZO), óxido de indio y tungsteno (IWO), óxido de indio y cesio (ICO) y óxido de indio, titanio y tántalo.
8. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- los primeros electrodos (42) incluyen una primera capa de electrodo transparente (421) formada sobre la región de campo eléctrico frontal, y una primera capa de electrodo metálico (422) situada sobre la primera capa de electrodo transparente,
- los segundos electrodos (44) incluyen una segunda capa de electrodo transparente (441) formada sobre la región de emisor, y una segunda capa de electrodo metálico (442) situada sobre la segunda capa de electrodo transparente, y
- el grosor de la primera capa de electrodo transparente es mayor que el grosor de la segunda capa de electrodo transparente.
9. Celda solar según cualquier reivindicación anterior, en la que:
- se proporcionan primeras partes irregulares (112a) y segundas partes irregulares (112b) sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor.
10. Método de fabricación de una celda solar, que comprende:
- formar una primera película de pasivación (52) y una segunda película de pasivación (54) sobre las superficies frontal y posterior de un sustrato semiconductor (110),
- formar una región de campo eléctrico frontal (20) situada sobre la primera película de pasivación (52) sobre la superficie frontal del sustrato semiconductor (110) y que es del mismo tipo de conductividad que el del sustrato semiconductor (110), y una región de emisor (30) situada sobre la segunda película de pasivación (54) sobre la superficie posterior del sustrato semiconductor (110) y que es del tipo de conductividad opuesto al del sustrato semiconductor (110),
- formar una primera capa de electrodo transparente (421) situada sobre la región de campo eléctrico frontal (20) y una segunda capa de electrodo transparente (441) situada sobre la región de emisor (30), y - formar una primera capa de electrodo metálico (42) situada sobre la primera capa de electrodo transparente (421) y una segunda capa de electrodo metálico (44) situada sobre la segunda capa de electrodo transparente (441),
- en el que el grosor de la región de emisor (30) es mayor que el grosor de la región de campo eléctrico frontal (20),
- en el que una proporción entre el grosor de la primera película de pasivación (52) y el grosor de la región de campo eléctrico frontal (20) es de 1:1 a 1:2, y una proporción entre el grosor de la segunda película de pasivación (54) y el grosor de la región de emisor (30) es de 1:2 a 1:5,
- en el que el grosor de la región de campo eléctrico frontal (20) es de 1 nm a 10 nm, y el grosor de la región de emisor (30) es de 3 nm a 15 nm, y
- en el que el grosor de la segunda película de pasivación (54) es mayor que el grosor de la primera película de pasivación (52).
11. Método según la reivindicación 10, que comprende, además, antes de la formación de la primera y segunda película de pasivación (52, 54):
- formar primeras partes irregulares (112a, 114) sobre las superficies frontal y posterior del sustrato semiconductor (110) mediante texturización utilizando grabado en húmedo, y
- formar segundas partes irregulares (112b) que presentan un tamaño menor que las primeras partes irregulares (112a) sobre por lo menos la superficie frontal del sustrato semiconductor (110) mediante grabado iónico reactivo.
12. Método según la reivindicación 10 u 11, en el que:
- la formación de la primera y segunda capa de electrodo transparente (421, 441) incluye la formación de la primera y segunda capa de electrodo transparente (421, 441) mediante deposición e inyección de materias primas que forman la primera y segunda capa de electrodo transparente (421, 441), gas hidrógeno y gas portador.
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