Una oblea es un disco o rectángulo delgado y plano de material semiconductor base. Las obleas tienen un grosor de 180 μm a 350 μm y están hechas de silicio tipo p. Las obleas de células de silicio cristalino se forman en tres tipos principales: silicio monocristalino, policristalino y de cinta. Cada tipo tiene ventajas y desventajas en términos de eficiencia, fabricación y costos.
Una oblea de silicio hecha de un único cristal de silicio crecido en forma de lingote cilíndrico se define como una oblea monocristalina. En un crisol se funden con boro trozos de polisilicio extremadamente puro. Un pequeño cristal semilla se hace girar lentamente en el baño fundido y se retira. El cristal semilla se convierte en un enorme cristal cilíndrico de hasta 40 pulgadas de largo y 8 pulgadas de diámetro en el transcurso de varias horas. Dado que el lingote es redondo, los bordes generalmente se recortan para darles una forma más rectangular o cuadrada, lo que permite empaquetar las celdas más juntas en un módulo. Luego se utilizan sierras de hilo de diamante para cortar obleas individuales del lingote. Las células monocristalinas comerciales tienen eficiencias que oscilan entre el 15% y el 18%, y ciertas muestras de laboratorio alcanzan eficiencias de hasta aproximadamente el 27%.
Una oblea policristalina es una oblea de silicio hecha de un lingote de silicio fundido que contiene muchos cristales de silicio. Para formar un lingote, se vierte silicio fundido en un crisol y se enfría de manera constante y cuidadosa durante varias horas. Se forman y crecen varios cristales de silicio a medida que el material fundido se solidifica durante el enfriamiento. A continuación, el lingote fundido se corta en obleas cuadradas o rectangulares utilizando sierras de alambre. Las obleas policristalinas se pueden diferenciar de las monocristalinas por sus esquinas cuadradas y la presencia de límites de grano en la superficie de la oblea. Aunque las células policristalinas tienen eficiencias marginalmente más bajas (11,5% –14%) que las células monocristalinas, sus costos de procesamiento más bajos y su empaquetamiento más denso en los módulos las hacen económicamente competitivas con los módulos monocristalinos.
Una oblea de cinta es una oblea de silicio que se fabrica extrayendo una tira delgada de una mezcla de silicio fundido. El material fundido se arrastra entre matrices paralelas donde se enfría y solidifica para formar una cinta multicristalina continua. Luego, la cinta se corta a intervalos específicos para formar obleas de forma rectangular. Si bien las células producidas a partir de obleas de silicio en forma de cinta tienen eficiencias ligeramente inferiores (11% a 13%) que otras células de silicio, este proceso es menos costoso porque hay menos desperdicio de material y no requiere aserrado de lingotes.
Para convertir una oblea de silicio cristalino en una célula fotovoltaica funcional, debe someterse a un procesamiento adicional (ver figura 3). Primero se graban las obleas y las imperfecciones introducidas durante el proceso de aserrado se eliminan sumergiéndolas en una solución de hidróxido de sodio. La superficie texturizada aumenta la superficie, mejora la adhesión de recubrimientos posteriores y reduce la luz solar reflejada.
Después de la limpieza, las obleas se montan en bastidores y se colocan en un horno de difusión, donde el gas fósforo penetra las superficies exteriores de la celda, formando una delgada capa semiconductora de tipo n que rodea el material semiconductor original de tipo p. Luego se desgasta el borde de la oblea para eliminar el material tipo n.
Luego se añaden revestimientos antirreflectantes a la superficie superior de la celda para minimizar aún más la luz reflejada y aumentar la eficiencia de la celda. Después del secado de los recubrimientos, se imprimen patrones de rejilla con pasta de plata en la superficie superior de la celda para proporcionar un punto para la recolección de electrones y la conexión eléctrica a otras celdas. En general, estas líneas de cuadrícula contienen dos o más franjas principales a lo largo de la celda, con líneas finas que se originan en las franjas principales a lo largo de la superficie de la celda. La disposición de estos patrones de rejilla es una parte crucial del diseño de la celda, ya que deben tener el tamaño y la distribución adecuados para capturar y conducir eficazmente la corriente fuera de la celda, pero deben minimizarse para evitar que cubra la mayor parte de la superficie de la celda, lo que disminuye la Área de superficie efectiva de la célula expuesta a la luz solar. Finalmente, se aplica una fina capa de metal, generalmente aluminio, a toda la superficie posterior de la celda, que se alea con el silicio y neutraliza la capa semiconductora de tipo n. Esto da como resultado que la superficie inferior de la celda sea la conexión positiva, mientras que la superficie superior es negativa.
Una vez producidas las células, cada una se prueba eléctricamente bajo luz solar simulada y se clasifica según su salida de corriente. Este proceso de clasificación elimina en gran medida los problemas con la falta de coincidencia actual entre las celdas conectadas en serie y permite a los fabricantes producir módulos que tienen el mismo tamaño físico pero tienen diferentes potencias nominales.
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