Double Layer Representation (∆)

Común a todas las células de contacto posterior es que los dos electrodos se colocan en la parte trasera de la misma, lo que permite esquemas avanzados de interconexión que se presentan a continuación y que combinan la reducción de las pérdidas por sombra y aumenta, por lo tanto, el área para generar corriente sin incrementar la resistencia serie [Kerschaver98, Kerschaver06, Grohe08].

Probablemente la primera aproximación a la célula de contacto posterior aparece en dos patentes estadounidenses del año 1975, presentadas por George J. Pack y Pieter N. Dejong, [Pack75, Dejong75]. En ellas se describe una célula con uno o varios cráteres para conducir, a través de ellos, la corriente a la cara posterior. Dentro de esta categoría se pueden describir diferentes estructuras destacadas que se definen a continuación.

3.3.3.1.Célula de contactos posteriores interdigitados.

La célula de contactos posteriores interdigitados (Interdigitated Buried Backside contact (IBBC)), mostrada en la Figura 46, supone un cambio cualitativo en la forma de entender las células de contacto posterior. En ella se crean uniones p+ y n+ alternadas y situadas en la cara posterior, los pares electrón-hueco se generan en la base

90

y son colectados en uniones difundidas en la cara posterior en forma de peine interdigitado y alineado con las regiones p+ y n+, de forma que no hay una malla de metalización en la cara frontal que intercepte la luz solar, por lo que se incrementa la captación de la radiación solar y como consecuencia aumenta la corriente fotogenerada. Otro aspecto a resaltar es que se puede reducir más aún la resistencia serie del dispositivo si se optimizan regiones altamente dopadas de la cara posterior.

Dentro de esta tipología de célula existen variantes, en la que debemos destacar la que supuso un gran avance en rendimiento de las células solares, la denominada Back Point Contact (BPC), o de contacto posterior puntual, desarrollada por Richard M. Swanson et al. en la universidad de Stanford a partir de 1984, [Swanson84, Swanson86]. Esta estructura consiste en una matriz de puntos n+ y p+ alternados en la cara posterior de la célula, en lugar de líneas como en la célula, Interdigitated Backside Buried Contact (IBBC) [Neuhaus07]. La cara frontal está totalmente pasivada con una capa de óxido de silicio que además actúa de capa antirreflectante.

Figura 46. Esquema de una célula contactada exclusivamente en la cara posterior, IBBC.

A pesar de las ventajas que introduce este diseño de dispositivo, está restringido a materiales base de alta calidad ya que las cargas fotogeneradas se ven obligadas a recorrer mayor distancia para ser colectadas. Para solventar esta limitación se desarrollan nuevos planteamientos de célula en los que se crean unas vías conductoras que atraviesan la célula para extraer de forma más efectiva las cargas.

91

3.3.3.2.Célula Emitter Wrap-Through.

Buscando una aproximación que permitiese una industrialización más acorde con el estado del arte de fabricación de células solares, J.M. Gee et al. [Gee93] propusieron la célula EWT, que emplea técnicas basadas en taladrado láser para eliminan los contactos de la cara frontal de la célula. Esta estructura engloba dos conceptos de diseño de célula avanzado, por un lado las células IBBC, con los contactos p+ y n+ en la cara posterior de la célula y por otro, se fundamenta en el proceso de LBGC. Así para conectar la parte frontal con la posterior de la célula se perforan vías que permiten la extracción de cargas de ambos lados de la célula. Finalmente, la cara posterior presenta dos mallas de metalización que contactan las zonas n y p respectivamente (Figura 47).

Figura 47. Imagen detallada de la Estructura Emitter Wrap Through (EWT).

La estructura EWT reduce el área de metalización minimizando así las pérdidas por sombra, que conlleva a un incremento en el rendimiento de la célula llegando a alcanzar eficiencias del 21,4 % [Grohe09, Glunz01]. Sin embargo esta filosofía de célula requiere un gran número de agujeros para obtener un bajo valor de la resistencia serie, típicamente de 100 agujeros/cm2. En la práctica, esto limita la posibilidad de industrialización así que una nueva aproximación es la propuesta por E. Van Kerschaver en 1998, denominada (Metallization Wrap Through (MWT) [Kerschaver98]. En ellas se mantiene parte de la metalización frontal, trasladando los buses a la cara posterior, de

92

esta forma se necesita un número mucho menor de agujeros manteniendo la resistencia serie suficientemente baja.

Otra aproximación al contacto posterior es la célula Metallization Wrap Around (MWA) [Castro08, Green93], que consigue la conexión entre las caras frontal y posterior metalizando el canto de la célula, eliminándose así la necesidad de hacer vías pasantes en la misma y reduciendo así el daño en el material de base y ahorrando un paso en el proceso. Desde su creación en 1993 [Gee93] se han introducido mejoras y variaciones de esta técnica incorporando diferentes diseños de metalización.

Figura 48. Dibujo esquemático que resume algunos conceptos de células solares de alta eficiencia a) célula convencional con una capa homogénea de aluminio en el contacto posterior, b) Diseño de una célula PERC que introduce capas pasivantes para reducir pérdidas por recombinación. c) Con el objeto de reducir pérdidas por sombra debidas a la metalización frontal, la estructura MWT traslada los buses a la cara posterior que son conectados con los dedos metálicos de la cara frontal mediante cráteres pasantes. Una completa ausencia de metal es característica de la estructura EWT, donde la corriente es transportada a la cara posterior mediante el emisor presente en las paredes del cráter y d) la estructura IBC en la que los contactos se encuentran en la cara posterior de la célula, destinada a materiales base de c-Si de alta calidad.

Aunque este tipo de estructuras ayudan a comprender mejor las aproximaciones abordadas en esta Tesis no se profundiza en las técnicas de fabricación ya que no es objeto de consideración, con lo que para mayor detalle del proceso se puede consultar las siguientes referencias [Grohe09, Nijs01A].

93