Contribución a las técnicas de fabricación de células solares bifaciales y delgadas

Resumen

El objetivo de esta Tesis Doctoral es contribuir a las técnicas de fabricación de células solares bifaciales delgadas. Con esto se persigue el abaratamiento de costes y el aumento de eficiencia en la fabricación de células fotovoltaicas a nivel industrial. Por lo tanto, un aspecto importante a tener en cuenta es la simplicidad de los procesos de fabricación, y que estos puedan ser llevados a cabo en línea. El empleo de células bifaciales ya conlleva un aumento de eficiencia, ya que este tipo de células permiten un mejor aprovechamiento de la luz incidente al contar con estructuras metálicas de contacto que posibilitan su paso por ambas superficies. Además de ser bifaciales, las células tratadas en esta Tesis cuentan con estructura de campo retrodifusor o BSF (Back Surface Field). No son las estructuras más sencillas posibles, pero son bastante simples, y, además, muy adecuadas para crear células a partir de sustratos delgados, ya que presentan altas bifacialidades y eficiencias. Aunque se han empleado tanto sustratos tipo p como tipo n, la tendencia final ha sido hacia el uso de sustratos tipo n debido a sus mejores tiempos de vida y, en consecuencia, mejores longitudes de difusión, siendo ambas características muy propicias para la fabricación de células solares bifaciales con estructura BSF. Al partir de sustratos tipo n, surge la necesidad de crear emisores de tipo p, en este caso de boro, los cuales tienen buenas propiedades ópticas que les permiten ser empleados en ambas caras de la célula, bien como emisor frontal o como BSF posterior. Teniendo en cuenta la estructura BSF con sustratos de partida tipo n, el emisor de boro ha de ser el frontal. Los emisores de boro de tubo de cuarzo se han empleado ampliamente en la industria fotovoltaica; sin embargo, el uso de emisores serigráficos difundidos en horno de cinta es poco conocido. En este caso, tanto los emisores como los contactos metálicos de las células aquí presentadas han sido desarrollados mediante técnicas serigráficas. De esta manera, se evita el procesado en lote derivado de la creación de los emisores a partir de fuente líquida en horno de tubo. Tras realizar un estudio preliminar sobre los emisores, el interés se centra en los parámetros de las células terminadas. El intento de fabricar células bifaciales con estructura BSF a partir de sustratos finos, permite comprobar que es posible crear emisores de fósforo y boro serigráficos en un único paso térmico, con corrientes de saturación aceptables. Sin embargo, las células terminadas demuestran que el contacto metálico no es muy bueno, sobre todo, en el caso de los sustratos tipo n, ya que al metalizar con pasta Ag-Al la corriente de saturación del emisor de boro resulta demasiado alta. En experimentos posteriores, el problema con la metalización de Ag-Al sigue estando latente ya que sus efectos se pueden ver tanto en la estructura n+pp+, donde hace que el BSF de boro resulte poco homogéneo, como en la p+nn+, en la cual la recombinación del emisor de boro es muy elevada. En ambos casos, el aluminio de la pasta metálica modifica las características del boro por debajo de los contactos. Por tanto, resulta necesario mejorar esta metalización. Para conseguir esta mejora, se aumenta la profundidad del emisor de boro y se crea un contacto metálico adaptado, variando la composición de las pastas de metalización de Ag-Al. Este cambio en las pastas consiste en reducir el contenido de aluminio e introducir silicio. La pasta de metalización que mejores resultados proporciona tiene un contenido bajo de Al y un contenido alto de Si. Con los cambios introducidos, se obtienen células solares bifaciales con estructura BSF con resistencias serie inferiores a 0.5 ¿cm2, resistencias de contacto entorno a 3-4 m¿cm2, fill factors por encima del 77 %, tensiones de circuito abierto superiores a 605 mV y densidades de corriente de cortocircuito por encima de 30 mA/cm2. Valores, todo ellos, conseguidos con células sin capa antirreflexiva y con una pobre pasivación proporcionada por la capa de óxido creada durante la codifusión de los emisores. Además, para caracterizar estas células creadas se han utilizado dos máquinas puestas a punto durante el desarrollo de este trabajo: un sistema de luz chopeada para medidas de eficiencia cuántica, y un sistema basado en un simulador solar para medidas de curvas I V.