Horno de difusión para el dopaje de células solares de silicio cristalino c-Si.
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La mayoría de las células solares utilizadas hoy en día están hechas de silicio cristalino. El silicio puede ser monocristalino o policristalino. El material monocristalino se produce mediante un proceso de tirado Czrochalski, mientras que el material policristalino generalmente se produce mediante un proceso de fundición. En ambos casos, el material se corta en discos con sierras de alambre, que luego sirven como sustrato para las células solares.
La célula solar consiste esencialmente en silicio sólido y, por lo tanto, también se llama célula de espesor, en contraposición a las células de capa delgada, donde las capas semiconductores se depositan sobre un sustrato externo. El silicio suele estar ligeramente dopado con p, es decir, conductor para portadores de carga positivos o huecos. En el frente, ahora se debe crear una capa delgada, fuertemente dopada con n, es decir, conductora para portadores de carga negativos o electrones. De esta manera, se crea una unión p/n que separa los pares de portadores de carga generados durante la absorción de la luz solar. Ahora, en el frente y en la parte posterior, se deben crear contactos metálicos para derivar la corriente solar. En la parte posterior, se realiza una metalización completa con aluminio, mientras que en el frente solo se aplican contactos de plata para dejar pasar la mayor parte de la luz solar. Finalmente, en el frente se aplica una capa antirreflectante de nitruro de silicio para aumentar la absorción de la luz solar. El último paso de producción es entonces la montaje de las células solares en módulos solares.
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El dopaje de la capa superior de silicio fuertemente n-conductora se realiza con fósforo como átomo dopante. Hay dos métodos para esto:
Hornos horizontales o hornos de difusión de JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems) permiten un dopaje económico con altos volúmenes. Los elementos calefactores LGO utilizados en este modelo garantizan tiempos de proceso cortos y eficiencia energética, lo que conduce a un funcionamiento económico de los hornos de dopaje. Todos los tamaños comunes de células solares pueden ser procesados en este horno de difusión. POCl3 se suministra como un dopante líquido en un burbujeador. El nitrógeno pasa a través del líquido a una temperatura definida y se enriquece con el dopante. Las temperaturas típicas de dopaje son de 800 - 900°C.
El último desarrollo de JTEKT ahora permite el uso de un horno continuo para el dopaje de obleas de silicio con POCl3. Las obleas se desplazan gradualmente a través del horno en carros de cuarzo con una carga de 100 obleas cada uno. El diseño de los carros es crucial para una buena uniformidad de temperatura sobre la oblea y, por lo tanto, influye en gran medida en el resultado del proceso de dopaje con POCl3. Las compuertas de gas en ambos extremos del tubo separan la cámara de proceso del entorno.
Para requisitos más exigentes de homogeneidad del perfil de dopaje o para líneas de producción totalmente automáticas, se dispone de hornos verticales.
Especialmente para aplicaciones en investigación y desarrollo de células solares,
se puede utilizar con éxito el horno vertical más pequeño de JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems). El horno tipo VF1000 está diseñado como un horno de lotes pequeños, con carga manual y, por lo tanto, es muy flexible en cuanto a los tamaños de muestra posibles. El horno vertical está
equipado con un elemento calefactor LGO económico y el
rendimiento del proceso es equivalente al de los hornos verticales para la
producción de IC modernos. El precio se ha mantenido en el mismo
rango que el de un tubo horizontal en un
horno horizontal.
Para la producción en masa, Jtekt Thermo Systems ha desarrollado un horno vertical especial que proporciona mejores resultados de proceso que un horno horizontal, pero apenas aumenta los costos de fabricación de las células solares. El horno gemelo carga 3-4 barcos en un tubo vertical y, por lo tanto, tiene una capacidad de 600 - 800 células solares. Esto equivale a la capacidad de un horno horizontal de 4 pisos. La automatización es mucho más fácil que en el caso de un horno horizontal.
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El dopaje con pasta dopante utiliza sustancias relativamente seguras y permite el uso de hornos de paso relativamente simples que son muy adecuados para la producción en masa y permiten la integración en una línea de producción automática. Los dopantes difunden en el horno desde la pasta dopante hacia la oblea de silicio. La temperatura y el tiempo de tratamiento térmico determinan el espesor de la capa dopada con n producida. Para el proceso, por ejemplo, se pueden utilizar los hornos de paso Jtekt (Koyo) tipo 47-MT con un accionamiento de grúa.
Para investigación y desarrollo, se puede ofrecer el pequeño horno de paso Jtekt tipo 810, que se asemeja a los grandes hornos y puede simular un entorno de producción.
JTEKT Thermo Systems y Crystec esperan construir para usted una instalación económica que cumpla con sus requisitos más exigentes.
