El efecto transistor en células solares de contactos posteriores

Résumé

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de una estructura de célula solar de contactos posteriores que aprovecha el efecto transistor para colectar corriente fotogenerada. A esta célula la hemos llamado Transistor Wrap Through (TWT). La TWT cuenta con varios fototransitores en zonas selectivas de la célula que se responsabiliza del traspaso de fotocorriente colectada en la cara frontal a la cara posterior donde están ubicados los contactos metálicos. El efecto transistor en células solares de contactos posteriores es el mecanismo novedoso que se estudia en profundidad a lo largo de esta tesis. Se destacan en detalle las exigencias técnicas que requieren las células solares de contactos posteriores, mayormente en la definición de la cara posterior para evitar fugas eléctricas entre las uniones de diferente polaridad. Aparte de mencionar el estado de arte que acompaña estas exigencias técnicas, se realizan experimentos en el TiM para estudiar diferentes métodos de la definición y el aislamiento de uniones en la cara posterior. En los experimentos preliminares se llega a definir la cara posterior con valores de Rshunt de 2.000 ¿¿cm2 pero se verá en las últimas tandas de células TWT completas, este valor sube a 20.000 ¿¿cm2. La TWT se aparta de las clásicas estructuras planas para crear una zona estrecha entre el emisor y el colector. Se estudia esta particularidad de la TWT y se demuestra un proceso mediante un ataque químico que nos permite crear surcos en zonas selectivas del sustrato de silicio a más de 150 ¿m de profundidad. Aunque surcos de tanta profundidad dan problemas al intentar metalizarse mediante serigrafía, se soluciona el problema con formar los surcos en la cara frontal. Se implementa este proceso con éxito para fabricar células TWT que cuentan con estrechamiento en la base de la zona transistor. Partiendo del modelo analítico que se desarrolla en esta tesis para estudiar el funcionamiento de la TWT y que se basa en la colección de corriente en el emisor frontal en la zona base y su inyección hacia el colector en la zona transistor, se añade el concepto de pérdidas óhmicas no lineales debidas al flujo de mayoritarios en la base para crear un modelo más completo que describa la reducción del FF al hacer que la zona transistor crezca. Comparando este nuevo modelo con simulaciones del dispositivo realizadas con MEDICI se comprueba que los resultados obtenidos con ambos métodos coinciden. Dado que una gran parte del estudio teórico de la TWT se compara con simulaciones MEDICI, se reserva un capítulo para contar sobre la calibración de MEDICI al estándar PC1D. Ambos programas se rigen por los mismos modelos físicos pero es importante la selección de dichos modelos y los coeficientes que los acompañan. Después de la calibración, se minimiza el error del cálculo comparando las curvas I-V entre programas. Al final de esta tesis, se presentan datos experimentales acerca de las células TWT cuya realización se basa en procesos y métodos no muy lejanos de los métodos empleados en la industria fotovoltaica prescindiendo de los procesos de alta eficiencia como, por ejemplo, fotolitografía, deposición de las metalizaciones en una campana de alto vacío y el empleo de sustratos de FZ. En las primeras tandas, los resultados de curvas I-V de iluminación de 1 sol son muy por debajo de los valores estándares por problemas tecnológicos y geometrías no optimizadas, sin embargo, los experimentos nos permiten estudiar varios métodos de fabricación de la TWT. En tandas posteriores incluyendo la formación de boquetes en la cara frontal junto con una buena definición de la cara posterior, se produce una célula de 9,6 % sin capa antirreflectante demostrando el beneficio del que provee estrechamiento en la base de la zona transistor. Además, mediante una medida LBIC se estudia más a fondo el efecto transistor en células solares de contactos posteriores aislando su efecto del conjunto de la célula y verificando su comportamiento físico.