Silicon heterojunction solar cells obtained by Hot-Wire CVD

El elevado coste de produccion de los modulos de silicio cristalino (c-Si) dificulta el progreso de la industria fotovoltaica como una alternativa viable para la produccion de energia limpia. Por esta razon, los fabricantes de celulas solares buscan diferentes alternativas para conseguir la deseada reduccion de costes. Una opcion es reducir el grosor de las obleas (<200 m) para obtener asi mas obleas por lingote. Sin embargo, al reducir el grosor del sustrato es indispensable reducir tambien la recombinacion superficial ya que esta es critica para mantener altas eficiencias en los dispositivos. Aunque la superficie del c-Si puede pasivarse eficientemente mediante una oxidacion termica, las obleas delgadas tiendan a doblarse en estos procesos de alta temperatura (~1000°C). Tambien el silicio multicristalino de bajo coste sufre una fuerte degradacion del tiempo de vida en el volumen a alta temperatura. Por este motivo, han ganado un especial interes los metodos alternativos de pasivacion a baja temperatura.En concreto, las celulas solares de heterounion en que se utilizan capas de silicio amorfo (a-Si:H) depositadas a baja temperatura sobre obleas de c-Si han ganado interes en la comunidad fotovoltaica debido a su alta eficiencia y rentabilidad. Sanyo ha conseguido eficiencias de mas del 19% en modulos producidos industrialmente con la estructura denominada HIT. La novedad de este dispositivo es la introduccion de una capa de silicio amorfo intrinseco muy delgada (5nm) entre el c-Si y la capa dopada para reducir la velocidad de recombinacion en la interfaz y conseguir tensiones de circuito abierto mayores que 700mV. La mayoria de grupos, incluido Sanyo, usan el deposito quimico en fase vapor asistido por plasma de radiofrecuencia (PECVD) para obtener el silicio amorfo. Recientemente, la tecnica de deposito asistida por filamento caliente (HWCVD) ha demostrado un gran potencial para fabricar celulas de heterounion de alta eficiencia. En la tecnica HWCVD, ademas de algunas ventajas tecnologicas, la ausencia de bombardeo ionico reduce el dano en la superficie del c-Si mejorando asi las propiedades en la interfaz.En este trabajo, hemos concentrado nuestro esfuerzo en la optimizacion de todos los pasos de fabricacion para obtener celulas solares de heterounion obtenidas por HWCVD en un proceso completamente desarrollado a baja temperatura (200oC). Primero, hemos optimizado el material obtenido por HWCVD variando los diferentes parametros de deposito (presion, temperaturas de filamento y sustrato, flujos de hidrogeno y silano, nivel de dopaje) para obtener silicio amorfo y microcristalino de buena calidad. Se han conseguido buenas propiedades estructurales, electricas y opticas tanto para material intrinseco como en capas dopadas. Posteriormente, hemos optimizado el emisor de heterounion sobre sustratos tipo p de c-Si. En particular, se ha estudiado en profundidad la influencia de la capa intrinseca de a-Si:H asi como de diferentes pretratamientos superficiales del c-Si. Se han realizado estudios de microestructura con Espectroscopia por Elipsometria Optica, y medidas de pasivacion mediante Fotoconductancia en Estado Cuasiestacionario. Estos estudios han permitido optimizar los precursores de celulas solares hasta obtener tensiones implicitas de circuito abierto por encima de 690mV. Luego se ha desarrollado el electrodo frontal atendiendo a los requerimientos opticos y electricos. Se ha optimizado la capa antirreflectante (Oxido de Indio dopado con Estano) en terminos de resistividad (<4×10-4cm) y de reflectancia. Despues se ha disenado el peine metalico frontal intentando obtener un buen compromiso entre resistencia serie y factor de sombra. Finalmente, se han fabricado celulas solares completas con una eficiencia de conversion de hasta el 15.4% sobre obleas de silicio CZ tipo p. En estos dispositivos se ha utilizado un contacto posterior de aluminio recocido a alta temperatura (Al-BSF).Por otra parte, hemos investigando la posibilidad de sustituir los contactos posteriores de Al-BSF por contactos depositados a baja temperatura basados en capas de silicio amorfo dopadas con boro obtenidas por HWCVD. Hemos estudiado la influencia de los diferentes parametros de deposito asi como el efecto de intercalar una capa intrinseca delgada. Hasta el momento, las celulas solares con doble heterounion fabricadas completamente por HWCVD han alcanzado una eficiencia de conversion del 14.5% en un proceso completo a baja temperatura (<200o C). Considerando el caracter preliminar de estos dispositivos, este es un punto de partida realmente prometedor para celulas solares de heterounion bifaciales fabricadas por HWCVD.