Horno, hornos para selenización y sulfurización de células solares de lámina delgada de calcopirita

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Selenización y sulfurización de células solares de lámina delgada de CIGS de calcopirita

Hoy en día, la mayoría de las células solares fotovoltaicas están compuestas principalmente de silicio monocristalino o policristalino, a veces también de germanio. Sin embargo, las células solares de lámina delgada están ganando cada vez más popularidad. Actualmente, hay básicamente 3 tipos de células solares de lámina delgada:

Debido a la mejor absorción de luz de estos materiales en comparación con el silicio monocristalino o policristalino, estos materiales se pueden aplicar en capas delgadas sobre un sustrato, a menudo vidrio. Menor consumo de material conduce a costos más bajos, si la fabricación de las capas delgadas se puede realizar de manera rentable.
La irradiación solar produce portadores de carga en la célula solar, que luego difunden hacia los electrodos, lo que genera voltaje y corriente fotovoltaica. Los portadores de carga tienen una vida útil o longitud de difusión limitada en el semiconductor. Cuanto más delgada es la capa, más fácilmente los portadores de carga alcanzan los electrodos y más efectiva es la célula solar.

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Estructura de la célula solar CIGS de calcopirita

Célula solar CIGS

La calcopirita o pirita de cobre son minerales comunes y compuestos I-III-VI2, que contienen cobre (griego chalko), otros metales como indio y galio, así como azufre y selenio. Muchos calcopiritas absorben muy bien la luz, tienen propiedades semiconductoras y, por lo tanto, son adecuadas para la fabricación de células solares de lámina delgada. Variando la composición química de los elementos individuales, se pueden ajustar las propiedades del semiconductor como la constante de red y la brecha de banda. Estas son condiciones muy favorables para la optimización de las células solares.
Una célula solar de lámina delgada de calcopirita o CIGS consta de varias capas. Normalmente se utiliza un soporte de vidrio como sustrato. Se aplica una capa de molibdeno no transparente como contacto trasero. Para fabricar la capa de calcopirita, primero se depositan cobre, indio y galio sobre el sustrato. Luego, esta capa se seleniza o sulfuriza en un horno o en un equipo RTP a temperaturas alrededor de 550°C. El seleniuro o sulfuro de hidrógeno sirve como fuente de selenio o azufre. Sobre esta capa de CIGS, que también se denomina absorbedor, se deposita una capa delgada de sulfuro de cadmio CdS, seguida de un óxido conductor transparente TCO, que sirve como contacto frontal y que, por ejemplo, está hecho de óxido de zinc ZnO. En la interfaz entre la capa de CdS y la capa de CIGS, se produce la generación de portadores de carga mediante la irradiación con luz solar.
La estructura de la célula solar CIGS en orden inverso, es decir, con el soporte de vidrio en el lado frontal, también es posible en principio. Esta configuración se llama configuración de superestrato, ya que el soporte está sobre la célula y no debajo de la célula como en la configuración de sustrato descrita anteriormente.

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Hornos y equipos RTP para selenización y sulfurización

Horno vertical VFS-4000

La selenización o sulfurización se puede realizar en varios hornos o equipos RTP. En la imagen se muestra un gran horno vertical tipo VFS-4000 de Jtekt Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems). Este horno fue desarrollado originalmente para la deposición de capas de polisilicio en placas de vidrio para la fabricación de TFT-LCDs. En él, se pueden procesar verticalmente 25 placas de vidrio de tamaño de panel solar. Al igual que todos los hornos verticales del área de semiconductores, este horno tiene una excelente uniformidad de temperatura y puede utilizar gases tóxicos como H2Se y H2S de manera segura. El tubo y la bota del horno están hechos de vidrio de cuarzo y garantizan así un entorno limpio para el proceso, pero también son bastante caros. Varios hornos se pueden combinar en un clúster de procesos y cargar a través de estaciones de cassettes comunes mediante un robot. Esto permite un funcionamiento cuasi-continuo.

Producción en línea de paneles solares CIGS

La fabricación también se puede realizar en un proceso continuo completo. Después de la pulverización del contacto de molibdeno, se depositan los precursores metálicos Cu, Ga, In. Luego sigue un proceso de precalentamiento y finalmente la selenización y sulfurización con hidrógeno seleniado y sulfuro de hidrógeno o a través de una capa delgada de selenio o azufre. En el ejemplo, se describe un horno continuo de JTEKT (Koyo) para los pasos de proceso térmico. Las cámaras de proceso individuales están separadas entre sí por esclusas. Las cámaras de proceso térmico se pueden evacuar y purgar. El transporte continuo de las placas de vidrio de un proceso a otro se realiza de forma sincronizada a través de un sistema de transporte de rodillos.

Los desarrollos más recientes permiten la introducción de selenio a través de la difusión desde una capa o fase sólida de selenio aplicada o insertada. Esto allana el camino para el uso de hornos de transporte de rodillos más simples u otros hornos de paso continuo, como los que también se utilizan para la fabricación de células CdTe. Ya no es necesario utilizar gases altamente tóxicos y esto permite reducir significativamente los costos de producción.

Horno de transporte de rodillos

Como alternativa, también se puede utilizar un equipo RTP. En este caso, las calentadoras de lámparas reemplazan el calentamiento continuo con elementos calefactores Moldatherm®.

Equipo RTP RLA3300

Los equipos RTP también se pueden utilizar para el procesamiento individual de placas de vidrio más pequeñas a escala de laboratorio.

JTEKT Thermo Systems y Crystec esperan con interés construir para usted un sistema rentable que cumpla con sus requisitos más estrictos.

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