Patent ES-2880800-T3 (ES)
Title: Métodos para producir material fotovoltaico capaz de sacar provecho de fotones de alta energía
Inventor: KUZNICKI ZBIGNIEW
IPC: H01L31/068
Filed: 2009-02-06
Granted: 2021-11-25
Abstract: Método para producir un material fotovoltaico capaz de absorber y sacar provecho de fotones de alta energía o energéticos, en particular fotones UV y visibles, caracterizado por que dicho método consiste en: - a) proporcionar o producir un material fotovoltaico convencional de tipo p o tipo n hecho de material semiconductor cristalino inorgánico de Si, que tiene una superficie superior destinada a ser expuesta a radiación fotónica, que tiene una unión P-N incorporada que delimita una parte emisora y una parte de base y que comprende al menos un área o región específicamente diseñada, tratada o adaptada para absorber fotones de alta energía o energéticos, ubicada adyacente o cerca de al menos una heterointerfaz, que divide una fase amorfa y una fase cristalina del semiconductor; - b) generar o mantener defectos estructurales dentro de un área de tipo n de dicha parte emisora y/o de base del material que consiste en lagunas dobles capaces de funcionar como centros de generación secundaria de baja energía agrupados en una formación o formaciones nanométricas y persistente en procesos de producción y condiciones de conversión fotovoltaica; - c) introducir, mediante la implantación de fósforo, impurezas dopantes de tipo n, de acuerdo con la intensidad, la energía y el perfil determinados para poner las lagunas dobles en un estado de carga eléctrica en el que se saturen con electrones débilmente enlazados y para proporcionar una excelente conducción dentro de dicha o cada región de impurezas implantadas, tal como la conducción de tipo metálico en material semiconductor altamente dopado, partiendo de una capa de amorfización de más de 200 nm obtenida usando una energía de implantación de iones P de 150 keV, reduciéndola a un grosor de 27 nm, mediante un tratamiento térmico largo inicial sucesivo - la epitaxia en fase sólida - y luego el RIE, grabado iónico reactivo, para obtener una nanocapa superficial fuertemente dañada, donde las etapas b) y c) se realizan de tal manera que dan como resultado que se crea al menos un campo o región de metamaterial basado en semiconductores, como una región de transición de la o de una heterointerfaz, - d) proporcionar un campo eléctrico incorporado o medios para aplicar un campo eléctrico que abarque o se extienda sobre dicho o cada campo o región de metamaterial y muestre una intensidad suficiente para retirar y alejar dichos electrones secundarios liberados de sus sitios iniciales dentro del área o región de metamaterial en cuestión, a una velocidad suficiente para evitar su retorno a dicha región o campo de metamaterial, donde dicho método también comprende, preferentemente después de la etapa c), al menos una etapa de tratamiento térmico del material, de duración e intensidad determinadas, con un balance energético total del tratamiento térmico para una capa de metamaterial plano a nanoescala continua enterrada dentro de la parte emisora del material fotovoltaico que es aproximadamente equivalente al de un recocido térmico continuo de una duración de aproximadamente 30 a 50 minutos, preferentemente de aproximadamente 40 minutos, a una temperatura comprendida entre 450 °C y 600 °C, preferentemente de aproximadamente 500 °C, donde el al menos un campo o región de metamaterial se crea, como resultado de las etapas b) y c) anteriores, en un área ubicada continua o próxima al o a un área o región de absorción para los fotones energéticos de la radiación fotónica que impacta en dicho material fotovoltaico, al menos dentro del rango de termalización de los electrones primarios liberados directamente por dichos fotones energéticos y que chocan con los centros de generación de metamaterial de baja energía liberando electrones de generación secundaria en un procesamiento de múltiples fases, cuyo orden depende de la energía restante conservada por los electrones primarios en el momento de su colisión de generación, donde el ajuste de los parámetros de las sucesivas etapas de producción operativa es tal que el grosor de la o cada capa de material semiconductor amorfo plano está comprendida entre 10 nm y 50 nm y que el grosor del o de los campos o regiones de metamaterial asociados respectivamente, en forma de una capa o capas continuas o discontinuas, que tienen un grosor inferior a 10 nm, teniendo el material semiconductor, preferentemente, un grosor comprendido entre 5 mm y 500 mm, preferentemente entre 10 μm y 280 μm, y, donde las etapas b) y c) se realizan además de tal manera que, por un lado, la densidad de lagunas dobles dentro del o de los campos o regiones de metamaterial es mayor que 1018 lagunas dobles/cm3, preferentemente mayor que 10 19 lagunas dobles/cm3, de la manera más preferente mayor que 1020 lagunas dobles/cm3 y, por otro lado, la 0 conducción entre el metamaterial y el material de tipo N adyacente respectivamente tiene una constante de tiempo que es a lo sumo de la misma magnitud que la constante de tiempo de generación del portador secundario.