Tesis:
Nuevos procesos de fabricación de células solares de silicio para aplicaciones bifaciales y de concentración.
- Autor: COELLO RODRIGUEZ, Jorge
- Título: Nuevos procesos de fabricación de células solares de silicio para aplicaciones bifaciales y de concentración.
- Fecha: 2009
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: ELECTRONICA FISICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: SALA PANO, Gabriel
- Director/a 2º: CAÑIZO NADAL, Carlos del
- Resumen: La Tesis Doctoral tiene dos objetivos fundamentales: el primero es el acercamiento de los procesos de fabricación de células solares bifaciales de alta eficiencia al entorno industrial, y el segundo es la obtención de un método de fácil implementación industrial para obtener células solares de silicio de concentración a partir de células de silicio convencionales. El primero de los objetivos se aborda a través del abaratamiento de los costes de producción mediante el uso de sustratos de calidad industrial, la introducción de técnicas puramente industriales como la serigrafía y la reducción del espesor de las obleas. Primeramente se caracterizan tres lingotes multicristalinos que se fabricaron con materia prima de distinta pureza, en donde se mide el tiempo de vida en volumen de las obleas correspondientes a diversas posiciones para determinar su uniformidad. También se estudia el comportamiento del tiempo de vida tras los procesos térmicos propios del proceso de fabricación de células solares. Se completa la caracterización con el estudio de la degradación inducida por iluminación. Se desarrolla un texturado isotrópico con una solución ácida y se realiza un estudio comparativo de sus propiedades ópticas y de la resistencia de contacto frente a las correspondientes al texturado alcalino sobre silicio multicristalino. El texturado ácido propuesto se implementa en la fabricación de células solares multicristalinas con estructura P/Al, observándose un aumento de un 1% absoluto en la eficiencia de las células respecto del texturado alcalino. Con la deposición de una doble capa antirreflectante se consigue una reflectividad externa ponderada del 3.4% y una eficiencia del 14.6%. Para justificar la industrialización de la estructura bifacial se exponen las razones por las cuales las células bifaciales constituyen una atractiva alternativa incluso para uso monofacial y se analizan las características a tener en cuenta para su posible industrialización mediante simulaciones PC1D. Posteriormente se diseña un nuevo proceso de fabricación de células bifaciales en el cual se reduce la carga térmica mediante la sustitución de las oxidaciones térmicas por deposiciones de nitruro de silicio como barrera de difusión. La principal ventaja de este proceso es que permite obtener altos valores de tiempo de vida final, alcanzando 60 µs en sustrato Mc-p y de 90 µs en sustrato Mc-n. Este nuevo proceso se utiliza en obleas adelgazadas químicamente y se alcanzan eficiencias en Cz-n de 16.3% (cara n+) y 15.0% (cara p+), y en Mc-n de 12.8% (cara n+) y 13.7% (cara p+). Adicionalmente se estudia también la introducción de técnicas serigráficas en el proceso de fabricación de dos estructuras bifaciales delgadas de alta eficiencia. La primera estructura consiste en una célula solar bifacial delgada con emisor de boro serigráfico y emisor de fósforo de tubo de cuarzo, con pasivaciones de SiO2 y contactos evaporados en ambas superficies. Esta estructura proporciona eficiencias del 16.0% (cara n+) y 14.4% (cara p+) sobre sustrato Cz-n de 220 ¿m de espesor, y del 14.3% (cara n+) y 9.3% (cara p+) sobre sustrato Mc-n de 190 ¿m de espesor. La segunda estructura bifacial delgada fabricada posee emisores serigráficos de boro y fósforo, pasivaciones de SiO2 y contactos evaporados. Con esta estructura se han obtenido eficiencias del 14.2% (cara n+) y 13.6% (cara p+) sobre sustrato FZ-n de 160 µm de espesor. El segundo objetivo de la tesis es la búsqueda de un proceso para fabricar células solares de silicio para concentración. Para ello se desarrolla un método de fácil implementación industrial para obtener células solares de silicio de concentración a partir de células de silicio convencionales. En el proceso se estudia la reducción de las componentes de la resistencia serie debidas a las metalizaciones frontal y posterior mediante el aumento de su conductividad a través de deposición electrolítica de plata. Para conseguir una mayor disminución de la resistencia serie se diseña una malla optimizada para trabajar a 10 soles y con ella se fabrican células solares convencionales con estructura n+p. Estas células, tras un paso de deposición electrolítica de plata, pueden trabajar hasta 15 soles con una pérdida máxima de eficiencia de 0.6 puntos respecto a su valor para 1 sol. Adicionalmente, se estudia el comportamiento de las células n+p y malla de 10X bajo iluminación no uniforme, y se analiza el comportamiento de la Voc con el nivel de concentración. Los trabajos desarrollados en esta tesis doctoral han dado lugar a 10 publicaciones en Congresos Internacionales de reconocido prestigio y a 1 publicación en revista internacional indexada en el JCR.