Simplificación del proceso de deposición para células solares

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El depósito de las diversas capas que componen una célula fotovoltaica en una oblea de silicio es una de las áreas más complejas y costosas en la fabricación de células y módulos fotovoltaicos. Los procesos utilizados a menudo requieren la creación de un vacío, el uso de materiales precursores inflamables o peligrosos, altas temperaturas de procesamiento y otros desafíos.

Un grupo de científicos dirigido por el Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) y la Universidad Técnica de Ilmenau en Alemania tuvo en cuenta estos factores cuando analizó la deposición de dióxido de silicio (SiO2), que se puede utilizar como capa de pasivación o una capa protectora en varios tipos de células fotovoltaicas de silicio. El grupo señala que la deposición química en fase de vapor mejorada con plasma (PECVD) es el proceso más común utilizado con este material, pero requiere tanto altas temperaturas como vacío.

El grupo examinó procesos alternativos que incluyen la pirólisis por pulverización, la deposición de vapor químico a baja presión (LPCVD), la deposición de sol-gel y la deposición de la capa atómica, e indicó la deposición a presión atmosférica (APCVD) como la mejor opción para ulterior investigación. «La APCVD tiene la ventaja de utilizar gases como precursores de reactivos», explica el grupo. «En consecuencia, se pueden obtener fácilmente películas densas sin grietas con una buena cobertura escalonada».

Usando la APCVD, el grupo pudo demostrar un proceso de deposición de SiO2 a baja temperatura que también eliminó el uso de hidrosilano altamente inflamable como material precursor. Y dado que la maquinaria de producción no puede soportar temperaturas muy altas, toda la configuración podría estar hecha de material termoplástico de bajo costo producido mediante impresión 3D, lo que lo hace fácilmente adaptable a diferentes formas y tamaños de obleas.

El grupo investigó dos aplicaciones diferentes para la fabricación de células solares. En primer lugar, utilizó texturizado de un solo lado: las obleas se recubrieron en un lado con alrededor de 180 nanómetros de SiO2 y luego se recocieron a 180 grados Celsius. En segundo lugar, el proceso utilizado para depositar una capa protectora para evitar la deposicion de metales no deseados al colocar los dedos de la celda y las busbars.

En la primera aplicación, la oblea se trató luego con una solución de texturización alcalina, que grabó aproximadamente 100 nm de la capa de SiO2 y dejó una superficie lisa y uniforme. En la segunda aplicación, se demostró que la capa de SiO2 protege eficazmente contra la deposición de metal no deseado. «Las áreas recubiertas de SiO2 de las células estaban prácticamente libres de depósitos de metales no deseados» –afirmaron los científicos–; «mientras que había un recubrimiento parasitario masivo en las áreas sin recubrimiento».

Las eficiencias celulares se midieron entre el 19,3% y el 19,8%, por debajo de lo que ya se ha logrado en la producción de células PERC. Sin embargo, el grupo señala que su enfoque estaba en medir el rendimiento y la confiabilidad de los procesos de recubrimiento.

Los detalles completos del trabajo se encuentran en el artículo Application of hydrosilane-free atmospheric pressure chemical vapor deposition of SiOx films in the manufacture of crystalline silicon solar cells, publicado in Thin Solid Films..

“La configuración APCVD recientemente desarrollada proporciona un enfoque simple y adaptable para la deposición de películas de SiO2 en prácticamente todos los materiales de sustrato a temperatura ambiente”, concluye el grupo. “Debido a los gases no inflamables y económicos utilizados, los costos del equipo de deposición y de las operaciones son bajos. El proceso de deposición presentado puede encontrar varias aplicaciones en la industria fotovoltaica.»

Los académicos están trabajando ahora para llevar el proceso a una escala industrial. La empresa de recubrimientos con sede en Hannover, Alethia, está ejecutando un proyecto centrado en esto, que actualmente está programado para ejecutarse hasta mayo de 2022.

 

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