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Células Solares con Serigrafía

Las células solares impresas por serigrafía se desarrollaron por primera vez en los años setenta. Como tal, son la tecnología de fabricación de células solares más madura y establecida, y las celdas solares impresas en serigrafía dominan actualmente el mercado de los módulos fotovoltaicos terrestres. La ventaja clave de la serigrafía es la relativa simplicidad del proceso.

Hay una variedad de procesos para la fabricación de células solares impresas por serigrafía. La técnica de producción dada en la animación a continuación es una de las técnicas más sencillas y ha sido mejorada desde entonces por muchos fabricantes y laboratorios de investigación.

Animación que muestra una técnica básica para la fabricación de células solares impresas por serigrafía.

Hay muchas variaciones en el esquema mostrado anteriormente que proporcionan mayores eficiencias, menores costes o ambos. Algunas técnicas ya se han introducido en la producción comercial, mientras que otras están progresando desde los laboratorios hasta las líneas de producción.

  1. Difusión de Fósforo
    Las células solares impresas por serigrafía usan típicamente una difusión homogénea simple para formar el emisor donde el dopaje es el mismo debajo de los contactos del metal y entre los dedos. Para mantener una baja resistencia de contacto, se requiere una alta concentración superficial de fósforo por debajo del contacto serigrafiado. Sin embargo, la alta concentración superficial de fósforo produce una "capa muerta" que reduce la respuesta al azul de la célula. Los diseños de células más recientes pueden hacer contacto con emisores menos profundos, mejorando así la respuesta de la celda azul. También se han propuesto emisores selectivos con mayor dopaje por debajo de los contactos metálicos1, 2 - pero aún no se han introducido ninguno en la producción comercial.
  2. Texturizado de la superficie para reducir la reflexión
    Las obleas cortadas a partir de un monocristal de silicio (material monocristalino) se texturizan fácilmente para reducir la reflexión al grabar pirámides en la superficie de la oblea con una solución química. Si bien este grabado es ideal para obleas monocristalinas CZ, se basa en la correcta orientación de los cristales, por lo que sólo es marginalmente eficaz en los granos orientados aleatoriamente de material multicristalino. Se han propuesto diversos esquemas para texturar materiales multicristalinos usando uno de los siguientes procedimientos:

    1. Texturización mecánica de la superficie de la oblea con herramientas de corte o láseres [3], [4], [5]; 2.Grabado químico isotrópico basado en defectos más que en la orientación cristalina 3, 4, 5;
    2. Grabado químico isotrópico basado en defectos más que en la orientación cristalina 6;
    3. Grabado químico isotrópico en combinación con una máscara fotolitográfica 7, 8;
    4. Grabado con plasma 9.
  3. Revestimientos antirreflectantes y recocido a través de los contactos
     Los recubrimientos antirreflectantes son particularmente beneficiosos para el material multicristalino que no se puede texturar fácilmente. Dos revestimientos antirreflectantes comunes son dióxido de titanio (TiO2) y nitruro de silicio (SiNx). Los recubrimientos se aplican mediante técnicas simples como pulverización o deposición química en fase de vapor. Además de los beneficios ópticos, los revestimientos dieléctricos también pueden mejorar las propiedades eléctricas de la célula mediante la pasivación superficial. Mediante la serigrafía sobre el revestimiento antirreflectante con una pasta que contiene agentes de corte, los contactos metálicos pueden recocerse a través del revestimiento antirreflectante y unirse al silicio subyacente. Este proceso es muy simple y tiene la ventaja añadida de ponerse en contacto con los emisores menos profundos 10.
  4. Aislamiento del borde
    Existen varias técnicas para el aislamiento de los bordes tales como el grabado con plasma, el corte por láser o el enmascaramiento del borde para evitar que se produzca una difusión alrededor del borde en primer lugar.
  5. Rear Contact
    Una capa completa de aluminio impresa en la parte trasera de la celda, con posterior aleación a través de recocción, produce un campo superficial posterior (BSF) y mejora el volumen de la célula  a través del proceso de extracción, gettering. Sin embargo, el aluminio es caro y se requiere una segunda impresión de Al / Ag para soldar el contacto. En la mayor parte de la producción, el contacto trasero se hace simplemente usando una malla de Al / Ag impresa en un solo paso.
  6. Substrate
    La serigrafía se ha utilizado en una variedad de sustratos. La sencillez de la secuencia hace que la impresión por serigrafía sea ideal para substratos de peor calidad, tales como material multicristalino, así como CZ. La tendencia general es pasar a substratos de mayor tamaño - hasta 15 x 15 cm2 para materiales multicristalinos y obleas tan finas como 200 μm.

Ampliación de una pantalla usada para imprimir el contacto delantero de una célula solar. Durante la impresión, la pasta de metal se fuerza a través de la malla de los alambres en las áreas no enmascaradas. El tamaño de la malla de los alambres determina el ancho mínimo de los dedos. Las anchuras de los dedos son típicamente de 50 a 100 µm.

Ampliación de una célula solar serigrafiada acabada. Los dedos tienen un espaciamiento de aproximadamente 3 mm. Una tira de contacto del metal adicional se suelda a la barra de distribución durante la encapsulación para disminuir la resistencia en serie de las celdas.

Vista frontal de una celda solar impresa a pantalla completa. Como la célula se fabrica a partir de un sustrato multicristalino, las diferentes orientaciones de grano pueden verse claramente. La forma cuadrada de un sustrato multicristalino simplifica el empaquetamiento de las celdas en un módulo..

 

RVista trasera de una celda solar con serigrafía terminada. La celda puede tener una malla de una sola impresión de pasta de Al / Ag sin BSF, o una cobertura de aluminio que da un BSF pero requiere una segunda impresión para soldar contactos. Haga clic en la imagen para cambiar entre las dos vistas.