Metalización de células solares y tecnología inkjet printing

Abstract

La presente tesis doctoral se enmarca dentro de los trabajos que el Instituto de Tecnología Microelectrónica, lleva realizando en la fabricación de células solares de silicio. Así, este trabajo se ha basado en la tecnología inkjet para la fabricación de células solares dentro de un proyecto de colaboración en un consorcio europeo de convocatoria Manunet.Esta tesis se centra en la metalización de plata de células solares de silicio mediante la técnica inkjet printing. En lo relativo a la parte experimental, se ha trabajado con las tintas comerciales disponibles compuestas de nanopartículas de plata, pero sin glass frit y es reseñable que el consorcio ha desarrollado una impresora ex profeso para este trabajo. Concretamente, se han realizado múltiples experimentos con dos tipos de tinta -una basada en disolventes orgánicos y la otra basada en un contenido acuoso-. Estos experimentos han consistido en el análisis de diversos parámetros del proceso de metalización y de la tecnología desarrollada, orientados a la mejora de las características geométricas (resolución en anchura) y eléctricas (resistividad de línea y resistividad específica de contacto) de los dedos metálicos imprimidos por inkjet, respecto de otras técnicas de metalización. Los resultados obtenidos, parecen prometedores para su uso industrial, pero hasta donde se ha llegado, se ha visto la necesidad de realizar un proceso de recrecimiento electrolítico para obtener dedos metálicos con buena resolución en anchura, pero con un espesor adecuado.Los aspectos relativos al recrecimiento electrolítico, tienen un menor grado de novedad dentro del sector fotovoltaico, aunque hay que decir que esta técnica sí era novedosa para el grupo de investigación. Así, se ha desarrollado un sistema de recrecimiento a nivel de laboratorio capaz de proporcionar dedos de plata con elevado espesor. Además, con este trabajo se ha detectado la necesidad de un proceso de apertura de ventanas adicional. Esto es debido a que las tintas inkjet utilizadas, se fundamentan en procesos de baja temperatura, mientras que las pastas serigráficas con glass frit, normalmente se someten a procesos de mayor temperatura, para así traspasar la capa antirreflexiva de nituro, en su caso. Por tanto, el uso de tintas inkjet con glass frit, probablemente genere complicaciones, con lo que una mejor alternativa es la introducción del mencionado proceso de apertura de ventanas sobre la capa antirreflexiva, para así metalizar plata por inkjet y si es necesario, realizar el proceso de recrecimiento.En lo que respecta al proceso de apertura de ventanas, cabe destacar que existen técnicas láser bastante desarrolladas, sobre las que también se ha trabajado últimamente en el Instituto. No obstante, una alternativa también podría ser la realización del proceso de enmascaramiento mediante la propia tecnología inkjet. Por tanto, aunque éste ha sido un trabajo complementario al de metalización, en esta tesis también se muestran algunos resultados experimentales sobre la eliminación de nitruro para definir líneas de silicio sobre las que metalizar por inkjet. Adicionalmente, se dan algunas ideas sobre el uso de la tecnología inkjet para múltiples procesos de fabricación de células solares y también se expone cómo la metalización inkjet puede ser ventajosa sobre emisores selectivos e incluso algunos resultados experimentales de emisores selectivos definidos por inkjet con tinta con dopante.De este trabajo de metalización inkjet -para los dos tipos de tinta utilizados- caben destacar algunos logros notables como la mejora de la resolución de anchura de línea, del orden de 40 ¿m. Con relación a los aspectos eléctricos, mediante la tecnología utilizada, han podido obtenerse líneas metálicas con valores de resistividad próximos a los de la plata pura. A su vez, es muy destacable el logro de resistividades específicas de contacto entre la plata y el silicio muy bajas, por debajo de 1 m¿¿cm2. De esta forma, debido a la buena resolución en anchura y baja resistencia de contacto del metal sobre el silicio, esta tecnología se hace muy interesante por ejemplo, para su introducción en un proceso global de fabricación de células solares con emisores selectivos.