El Si es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, después del Oxígeno. A diferencia del C, se encuentra siempre combinado, de forma casi exclusiva, con el oxígeno en forma de sílice, SiO2 , o de silicatos, constituyendo el 75% en peso de la corteza terrestre.

                                    

Movilidad para electrones ≤1400 cm2 / V-s

Movilidad para huecos ≤450 cm2 / V-s

Masa efectiva (electrons) .26 M0

Masa efectiva (holes) .38 M0

Densidad : 2329 kg/m3 a 20 °C

Coeficiente de difusión para electrones ≤36 cm2/s

Coeficiente de difusión para huecos ≤12 cm2/s

Función de Trabajo (intrinsic) 4.15 eV

Indice de refracción 3.42

Coeficiente de recombinación radiativo 1.1·10-14 cm3/s

Band Gap 1.124 eV (1.170 at 0 k)

ALGUNAS PROPIEDADES DEL SILICIOALGUNAS PROPIEDADES DEL SILICIO

ESTUCTURA CRISTALINAESTUCTURA CRISTALINA

El Si es un elemento de color gris-azulado brillante, frágil y de aspecto metálico.

Estructura del Si puro. Los puntos negros representan los cuatro electrones de valencia dispuestos para formar enlaces covalentes. Al impurificar con un átomo con menos electrones se crea una vacante electrónica (tipo-p) mientras que al hacerlo con un átomo con más electrones se añade un electrón adicional al sistema.

tipo-p. Presencia de vacante electrónica

tipo n. Presencia de un electrón adicional.

De las celdas solares de silicio lo podemos dividir en tres grandes etapas:

1) OBTENCIÓN DEL Si DE ALTA PUREZA.

2) OBTENCIÓN DE OBLEAS.

3) PROCESAMIENTO DE LA OBLEA.

PROCESO DEPROCESO DE F FABRICACIÓN. ABRICACIÓN.

SILICIO

MONOCRISTALINO POLICRISTALINO

AMORFO

Estas celdas se obtienen a partir de barras cilíndricas de silicio Monocristalino producidas en hornos

Estas celdas se obtienen a partir de bloques de silicio obtenidos por fusión de trozos de silicio puro en moldes especiales.

Estas celdas se obtienen mediante la deposición de capas muy delgadas de silicio sobre superficies de vidrio o metal

Obleas de Si - mono Obleas de Si - poli Si laminado

PASOS PARA OBTENER UNA CELDA FVPASOS PARA OBTENER UNA CELDA FV

• DE CZOCHRALSKI

• DE LAS ZONAS FLOTANTES

• DE BRIDGMAN

• DEL GRADIENTE DE CONGELACION

METODOS PARA LA OBTENCIÓN DE METODOS PARA LA OBTENCIÓN DE SILICIOSILICIO

Esta técnica se utiliza para crear barras de Si monocristalino a partir de Si líquido. El generador de CZ se muestra en la figura siguiente:

Un crisol de cuarzo (SiO2) sobre un sustrato de grafito, donde se coloca el Si líquido. Este crisol gira en el sentido de las agujas del reloj. El Si se mantiene líquido por inducción de RF.

Sobre el crisol hay un mecanismo de arrastre del cristal ya formado. El mecanismo sostiene un gérmen de cristal monocristalino con la orientación adecuada y gira en contra de las agujas del reloj.

TÉCNICA DE CZOCHRALSKI TÉCNICA DE CZOCHRALSKI (CZ)(CZ)

Esquema típico de un aparato de czochralski

TÉCNICA TÉCNICA DEDE CZOCHRALSKI CZOCHRALSKI

http://gmv.spm.univ-rennes1.fr/animation/animczochraslski.htm

Hacia arriba

Argón

Lingote

Crisol

De Cuarzo

Material Refractario

Esquema grafico de la Técnica de Czochralski

TÉCNICA DE CZOCHRALSKITÉCNICA DE CZOCHRALSKI

a) Lingote para posterior corte de obleas

b) Forma para obleas cuadradas

a) Proceso de corte de obleas

b) Mecanismo por guías y alambre de corte

TÉCNICA DE CZOCHRALSKITÉCNICA DE CZOCHRALSKI

L i n g o t e s d e s i l i c i oL i n g o t e s d e s i l i c i o

TÉCNICA DE CZOCHRALSKITÉCNICA DE CZOCHRALSKI

L i n g o t e s d e s i l i c i oL i n g o t e s d e s i l i c i o

Este técnica, al contrario que las anteriores, parte de una varilla sólida de Si policristalino, y no de Si líquido. Permite obtener menor concentración de impurezas que el método de CZ, pero en cambio no permite obtener varillas del mismo diámetro que las obtenidas por este otro método.

LA TÉCNICA DE LA ZONA FLOTANTELA TÉCNICA DE LA ZONA FLOTANTE

Esquema típico de un aparato de Zona Flotante

Se coloca en el dispositivo una varilla de Si policristalino en posición vertical, con un germen de Si monocristalino de la orientación adecuada en su extremo inferior. Esta varilla está inmersa en una cámara de cuarzo en la que se mantiene una atmósfera de gas inerte. Externa a esta cámara hay un inductor de radiofrecuencia móvil.

Durante el funcionamiento del sistema, la varilla de Si gira sobre sus ejes a la vez que el inductor funde unos centímetros de la misma. El inductor se desplaza lentamente del extremo inferior al superior, haciendo que la zona fundida se mueva a lo largo de toda la varilla. La zona fundida se mantiene flotando debido a la tensión superficial del Si líquido.

A esta zona se le conoce como zona flotante. La velocidad de desplazamiento del inductor controla el diámetro del cristal resultante {1}.

TÉCNICA DE LA ZONA FLOTANTETÉCNICA DE LA ZONA FLOTANTE

Lingote de Si-policristalino

TÉCNICA DE LA ZONA FLOTANTETÉCNICA DE LA ZONA FLOTANTE

Esquema grafico de la Técnica de la Zona Flotante

Silicio policristalino

Zona de Fusión

Silicio Monocristalino

Alta Frecuencia

Semilla

OBLEAS PARA CELDAS SOLARES DE SILICIO OBLEAS PARA CELDAS SOLARES DE SILICIO

Esta técnica es la que se emplea preferentemente para el crecimiento de cristales de GaAs. Este técnica utiliza un horno de dos zonas como el mostrado en la figura. Dentro del horno se coloca un tubo de cuarzo. En un extremo del tubo, mantenido a una temperatura de unos 610ºC, hay cierta cantidad de As.

En el otro extremo del tubo, a una temperatura de unos 1240ºC, hay una cubeta con GaAs fundido. Entre las dos zonas se encuentra el extremo izquierdo de la cubeta con un germen de GaAs sólido con la orientación deseada.

LA TÉCNICA DE BRIDGMANLA TÉCNICA DE BRIDGMAN

LA TÉCNICA DE BRIDGMANLA TÉCNICA DE BRIDGMAN

Ga Policristalino

Ga Fundido

Elemetos Calefactores

GaAs Cristalino

Germen

Temperatura

Esquema grafico de la Técnica de Bridgman

PROCESOS DE CORTE Y PULIDO PROCESOS DE CORTE Y PULIDO DE LAS OBLEAS DE SILICIODE LAS OBLEAS DE SILICIO

http://gmv.spm.univ-rennes1.fr/en/ch3a.htm

T E C N I C A T E C N I C A D E D E

L A P E A D OL A P E A D O

CCELDASELDAS SOLARES DE SILICIO SOLARES DE SILICIO AMORFOAMORFO

Las celdas de silicio amorfo hidrogenado se depositan en forma de capa delgada sobre diferentes sustratos: vidrio, acero o polímeros. La temperatura de depósito es moderada (entre 1000 C y 3000 C). Muchas de las propiedades del silicio amorfo hidrogenado difieren de las del silicio cristalino:

• La absorción óptica en la región visible del espectro solar es más de 10 veces superior.

• La movilidad electrónica es mucho menor (de 1a 10 cm2V-1s-1 ).

• Aunque el hidrógeno permite eliminar gran parte de los estados de defecto debidos a los enlaces no saturados del silicio amorfo, todavía existe una concentración de estados de defecto del orden de 1015 a 1016 cm-3.

• La iluminación prolongada del silicio amorfo produce un aumento de la densidad de defectos, que puede llegar a ser superior a 1017 cm-3, dependiendo de la intensidad de iluminación y la temperatura.

Existen varias tecnicas de crecimiento en película delgada de silicio amorfo, de los cuales podemos mencionar las siguientes:

• CDV (Deposito por Vapor Químico)La técnica de CVD consiste en la reacción de una mezcla de gases en el interior de una cámara de vacío (reactor) para dar lugar a la formación de un material en forma de capa delgada. Los subproductos de la reacción son evacuados hacia el exterior mediante un sistema de alta velocidad de bombeo (bomba 'roots' apoyada con rotatoria).

• PVD ( Physical Vapour Deposition )

• PECVD (Deposito por Vapor Químico Asistido por Plasma)

                                    

Esta técnica esta basada en la formación de un vapor del material que se pretende depositar en capa delgada. Para ello, el material en forma de sólido es sometido bien sea a un proceso de calentamiento hasta la evaporación (evaporación térmica) o bien se 'pulveriza' mediante un bombardeo intenso con partículas cargadas en forma de iones (bombardeo catódico ó “spputering”). En este último caso, los iones proceden de una descarga eléctrica entre dos electrodos en forma de plasma, utilizando un gas generalmente inerte (argón). También es posible bombardear la muestra con un haz de iones procedentes de una fuente externa de iones. Esta última técnica permite variar la energía y la intensidad de los iones que alcanzan la superficie del material a depositar.

Deposición física a partir de la Deposición física a partir de la fase vaporfase vapor

Evaporación térmica en vacíoLa técnica de deposición por evaporación térmica en vacío consiste en el calentamiento hasta la evaporación del material que se pretende depositar. El vapor del material termina condensándose en forma de lámina delgada sobre la superficies fría del substrato y las paredes de la cámara de vacío. Normalmente la evaporación se hace a presiones reducidas, del orden de 10-6 o 10-5 Torr, con objeto de evitar la reacción del vapor con la atmósfera ambiente.

SputteringEl proceso de sputtering consiste en la extracción de átomos de la superficie de un electrodo debido al intercambio de momento con iones que bombardean los átomos de la superficie. Con esta definición está claro que el proceso de sputtering es básicamente un proceso de ataque, frecuentemente utilizado para la limpieza de superficies y la delineación de pistas. Sin embargo, como en el proceso de sputtering se produce vapor del material del electrodo, es también un método utilizado en la deposición de películas, similar a la evaporación

http://www.icmm.csic.es/fis/espa/cvd_ff.html

Depósito químico en fase vapor asistido por Depósito químico en fase vapor asistido por filamento caliente (HW-CVD) filamento caliente (HW-CVD)

La técnica de depósito de a-Si:H o nc-Si:H mediante HW-CVD se basa en la descomposición térmica de una mezcla de SiH4 y

H2 que se hace circular a través

de un filamento resistivo incandescente (normalmente tungsteno o tántalo). Mediante HW-CVD se ha logrado crecer capas delgadas de silicio (amorfo y cristalino) a velocidades relativamente altas de depósito (de hasta varios nm/s) y bajas temperaturas (menores que 2000C). Esto hace del HW-CVD una técnica prometedora de cara a obtener dispositivos de silicio de gran área en capa delgada

sobre sustratos de bajo coste.

Figura: Sistema de depósito químico en fase vapor asistido por filamento caliente

{1} http://www.tocera.co.jp/en/research/crsgrwj.html

{2} http://gmv.spm.univ-rennes1.fr/animation/animczochraslski.htm

{3} http://gmv.spm.univ-rennes1.fr/en/ch3a.htm

{4} http://www.icmm.csic.es/fis/espa/cvd_ff.html

REFERENCIAS