ÍNDICE DE TABLAS
DEPÓSITO DE CAPAS DE NITRURO DE SILICIO POR PECVD 81 Tabla 5.1: Valores medios medidos para cada parámetro a lo largo de todo el
1.3. Planteamiento y desarrollo de esta Tesis
El objetivo de esta Tesis es proponer procesos de fabricación de células solares sencillos, repetitivos y aptos para substratos de calidad solar, superando las limitaciones comentadas en los casos anteriores.
En este sentido, el capítulo 2 se centra en el estudio de un nuevo proceso de P/Al en el que, con respecto al estándar utilizado en el IES-UPM, se reduce la carga térmica presente en los pasos de horno, lo cual puede repercutir favorablemente en el tiempo de vida final de las células solares realizadas con substratos de calidad solar. Con respecto a los procesos comentados en este capítulo, se introduce un paso de extracción simultánea de impurezas por fósforo y por aluminio. Para ello, se realiza una optimización de los procesos de extracción por P, de extracción por Al y del proceso de extracción simultánea por P y Al en función de la temperatura. Finalmente se contrastan los resultados obtenidos para las células solares con simulaciones realizadas con el programa PC1D, ajustando parámetros asociadas a las mismas, como las velocidades de recombinación en ambas superficies. En este sentido, se realiza un estudio de la influencia de este parámetro y del tiempo de vida sobre la eficiencia final de la célula solar.
Debido a limitaciones encontradas en el capítulo 2 con el paso de extracción por aluminio para el material multicristalino evaluado, en el capítulo 3 se lleva a cabo el estudio de una estructura con contactos traseros puntuales. En estas células se pasiva la cara trasera con óxido de silicio, abriendo en ella pequeñas ventanas circulares a través de las cuales se producirá el contacto. Así se evita evaporar aluminio en toda la cara trasera, junto con los problemas que han derivado de ello (reducción del tiempo de vida y altas velocidades de recombinación debida a la pequeña profundidad y concentración superficial alcanzados por el aluminio tras su difusión). Se pretende con ello reducir la velocidad de recombinación en dicha cara, hecho de importancia si se tiene en cuenta la tendencia de la industria fotovoltaica al uso de substratos de menor espesor. También se tendrá la posibilidad de disponer de un espejo posterior que aumenta la posibilidad de la absorción de fotones de longitud de onda larga. Por el contrario, con el fin de obtener un buen contacto óhmico, los substratos utilizados deben tener resistividades inferiores a 1 cm.
Como punto de partida para realizar el estudio de esta estructura, haremos uso del proceso empleado en el IES-UPM con substratos de silicio monocristalino. Nuevamente, tratando de reducir la carga térmica presente en el mismo, son modificados algunos pasos de horno. Así tendremos un nuevo proceso caracterizado por su repetitividad y por dar lugar a células con mejores resultados que los obtenidos en los capítulos anteriores.
Teniendo en cuenta la evolución del mercado fotovoltaico y la escasez existente en silicio purificado, la industria está evolucionando hacia el uso de substratos cada vez de menor coste y calidad, pero aptos para la fabricación de células solares. Así, en el capítulo 4 se estudia el proceso de P/Al optimizado en el capítulo 2 para substratos de calidad solar, esta vez con substratos purificados por la vía metalurgica. En este sentido, se llevan a cabo distintas tandas utilizando substratos procedentes de diferentes lingotes suministrados por una empresa productora de silicio metalúrgico que estudia medios de purificación de un material para aplicaciones fotovoltaicas. Los resultados obtenidos nos servirán para evaluar la calidad del material, comparándolos con los obtenidos a partir del polisilicio tradicional, y dando pautas para realizar sucesivas mejoras en su calidad.
Recientemente se ha introducido tanto en laboratorios como a nivel industrial el uso del nitruro de silicio como capa pasivadora y antirreflectante de las células solares. El proceso de deposito se caracteriza por realizarse a baja temperatura (< 450 ºC) y por ser de corta duración (< 3 minutos), lo que lo hace interesante para su uso con todo tipo de substratos de silicio en general, y con los de bajo tiempo de vida en particular. Dicha capa posee además las ventajas de producir una eficiente pasivación superficial y, en el caso de substratos multicristalinos, una mejora en el tiempo de vida del volumen, este último por la difusión del hidrógeno presente en la capa hacia el volumen de la muestra durante un paso de recocido. El IES-UPM adquirió durante el transcurso de esta Tesis un reactor con estos fines. Por ello, el capítulo 5 se dedica al estudio y a la optimización de los distintos parámetros que posee el reactor para depositar la mencionada capa de nitruro de silicio tratando de conseguir la mejor pasivación superficial posible: temperatura y presión del proceso, flujo total de los gases constituyentes (silano y amoniaco) y potencia asociada a las fuentes de excitación responsables de la disociación de dichos gases.
En el capítulo 6 se pretende integrar el uso del nitruro de silicio en nuestros procesos de fabricación de células solares. Así, se va a utilizar una capa como pasivadora y antirreflectante. En este sentido, se comprueba que la duración del proceso para conseguir el espesor optimizado como capa antirreflectante es distinta según si la muestra es pulida o texturada. También se va a introducir su uso como capa máscara con la que definir el área activa de la célula solar, con las ventajas que se derivan de necesitar para ello de un proceso de corta duración y a baja temperatura, evitando por lo tanto el paso de oxidación inicial que es responsable de una notable disminución en el tiempo de vida de las muestras. De este modo se pretenden tener un proceso con el que fabricar células solares haciendo uso de un único paso de horno: el de extracción de impurezas por fósforo y aluminio. Dado que este paso sirve para extraer impurezas del volumen, se esperan células solares con un alto tiempo de vida final, con una excelente pasivación del emisor y una baja reflectividad frontal.