[en] In order to optimize photovoltaic conversion efficiency, various solar cell architectures based on monocrystalline silicon (c-Si) have emerged in the past. Solar cells with interdigitated back contacts IBC (Interdigitated Back-Contacted cell), by placing the contacts on the back, allow greater absorption of light, and improve the integration of the cells in the module. Throughout the thesis, various designs and types of c-Si IBC cells will be studied, some of them finally manufactured in the laboratory of the Micro and MNT Nanotechnologies of the UPC. After studying the state of the art in this type of structures in chapter 1 of the thesis, an introduction will be made to the physical models used in the simulation in chapter 2. In addition, the concept of unitary cell and minimum cell will introduced in order to reduce time and memory resources during simulations. Periodic repetition of the unit cell in the X and Y axes reproduces the total solar cell electrical behavior by current scaling. In chapter 3, IBC structures with back point contacts with constant unit cell are studied. This type of contact structure is suitable for the laser technology available to the MNT group for the manufacture of solar cells. In this case, by lasing dielectric layers containing aluminum and phosphorus, p+ and n+ contacts are achieved, respectively. The simulations will allow determining the optimal distance or pitch between contacts, as well as the efficiency potential that can be achieved through this concept, considering the recombination speed of the base contact. In chapter 4, alternatives of greater complexity are analyzed to mitigate the effect of poor passivation of the base contacts, either using point contacts or structures based on more conventional techniques based on doped regions in strips, for example. In this chapter, an important and novel geometric parameter is defined, such as the emitter coverage factor (FE). This parameter takes into account the weight of the emitter contacts/regions in the performance of the device, and it should be the higher as possible to mitigate the pernicious effect of having a base contact with poor passivation. In addition, various strategies will be discussed, either keeping the unit cell constant or increasing using either point contacts or using large doped regions (large emitter coverage strategy). Thanks to the concepts used in this chapter, the MNT group has been able to develop solar cells with laser point contacts in collaboration with the Laser Center of the Polytechnic University of Madrid (UPM) with efficiencies over 20 %. In chapter 5, the effect of the series resistance of the metallization grid and contacts is analyzed, as well as how to include it in the simulations. In chapter 6, simulations will allow dimensioning and studying the best geometry to apply to IBC solar cells with black silicon (b-Si) nanostructures on the front surface. Thanks to the simulations, photolithography masks have been designed for manufacturing of IBC b-Si solar cells, in collaboration with the Finnish University of Aalto, achieving efficiencies beyond 22 %, which are the highest achieved to date. by combining an IBC structure with front b-Si. Also, as a result of the simulations, photolithography masks have been designed for the manufacture of a black minimodule in collaboration with the Finnish company Valoe. Finally, in chapter 7, the potential offered by IBC solar cells for low and medium concentration applications is explored.

[es] Con la finalidad de optimizar la eficiencia de conversión fotovoltaica diversas arquitecturas de células solares basadas en silicio monocristalino (c-Si) han surgido a lo largo del tiempo. Las células solares de contactos traseros interdigitados IBC (Interdigitated Back-Contacted cell), al disponer los contactos en la parte trasera, permiten una mayor absorción de luz, y mejoran la integración de las células en el módulo. A lo largo de la tesis se estudiarán, mediante la herramienta de simulación comercial de dispositivos semiconductores 2D/3D Sentaurus Synopsis TCAD, diversos diseños y tipologías de células IBC de c-Si, alguna de ellas, fabricadas finalmente en el laboratorio del grupo de Micro y Nanotecnologías MNT de la UPC. Después de estudiar el estado del arte en este tipo de estructuras en el capítulo 1 de la tesis, se hará una introducción a los modelos físicos utilizados en la simulación en el capítulo 2. Además, se introducirá el concepto de célula unitaria y célula mínima de simulación con la finalidad de reducir el tiempo y los recursos de memoria de las simulaciones. La repetición periódica de la célula unitaria en los ejes X y Y reproduce la célula solar total mediante escalado de corriente. En el capítulo 3, se estudian estructuras IBC con contactos puntuales traseros con celda unitaria constante. Este tipo de estructura de contactos se adecua a la tecnología láser que dispone el grupo MNT para la fabricación de células solares. En este caso, laseando capas dieléctricas con contenido de aluminio y de fosforo se consiguen los contactos p+y n+ respectivamente. Las simulaciones permitirán determinar la distancia óptima o pitch entre contactos, así como el potencial de eficiencia que se puede conseguir mediante este concepto atendiendo a la velocidad de recombinación del contacto de base. En el capítulo 4, se analizan alternativas de mayor de complejidad para mitigar el efecto de una mala pasivación de los contactos de base, ya sea utilizando contactos puntuales o bien estructuras basadas en técnicas más convencionales usando regiones dopadas en tiras, por ejemplo. En este capítulo se define un parámetro geométrico importante y novedoso como es el factor de cobertura de emisor (FE). Este parámetro sopesa el peso de los contactos/regiones de emisor en las prestaciones del dispositivo interesando que sea elevado para mitigar el efecto pernicioso de tener un contacto de base con mala pasivación. Además, se discutirán varias estrategias, ya sea o bien manteniendo la celda unitaria constante o bien aumentando la misma tanto en contactos puntuales como utilizando regiones dopadas extensas (large emitter coverage strategy). Gracias a los conceptos utilizados en este capítulo el grupo MNT ha podido desarrollar células solares con contactos puntuales láser en colaboración con el centro laser de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) con rendimientos superiores al 20 %. En el capítulo 5, se analiza el efecto de la resistencia serie del grid de metalización y de los contactos, y como incluirlo en las simulaciones. En el capítulo 6, las simulaciones permitirán dimensionar y estudiar la mejor geometría para aplicarla a células solares IBC con nanotexturización black silicon (b-Si) en la superficie frontal. Gracias a las simulaciones, se han diseñado las máscaras de fotolitografía para la fabricación de células solares IBC b-Si fruto de una colaboración con la Universidad finlandesa de Aalto, consiguiéndose rendimientos por encima del 22 %, que son los mayores conseguidos hasta la fecha combinando una estructura IBC con b-Si frontal. También, fruto de las simulaciones, se han diseñado las máscaras de fotolitografía para la fabricación de un minimódulo black en colaboración con la empresa finlandesa Valoe. Finalmente, en el capítulo 7, se explora el potencial que ofrecen las células solares IBC para aplicaciones de baja y media concentración.