Desenvolvimento de células solares com campo retrodifusor formado por pasta de alumínio e difusão em forno de esteira

Abstract

A energia solar fotovoltaica baseada na conversão direta da energia solar em elétrica pode ser uma alternativa para a diversificação da matriz energética. O objetivo deste trabalho está centrado no desenvolvimento e na análise da deposição de pasta de Al por serigrafia e queima/difusão em forno de esteira para a formação de campo retrodifusor em lâminas de Si monocristalino. A difusão de Al foi implementada em dois diferentes processos. Foi realizada a difusão/queima da pasta Al e queima da pasta de Ag em passos independentes e, queima/difusão das pastas em passo simultâneo. Com o primeiro processo produziram-se células com eficiência média (ηmédia) de 11,5 % e máxima de 12,0 %, mas com problemas de formação de aglomerados de Al na superfície posterior. Com o segundo processo, os melhores resultados foram para temperatura de queima/difusão de 860 °C e velocidade de esteira (VE) de 150 cm/min e para temperatura de 890 °C e VE de 180 cm/min. Para o primeiro par de parâmetros, a ηmédia foi de 12,4 % e a máxima de 12,8 %. Para o segundo, o valor da ηmédia foi de 12,5 % e o máximo de 12,6 %. Considerando a temperatura de 900 °C e VE de 190 cm/min, a ηmédia foi de 12,4 %. Observou-se que o comprimento de difusão dos portadores minoritários foi menor que a espessura das lâminas de silício utilizadas neste trabalho. As tensões de circuito aberto ficaram da ordem de 30 mV menor do que células solares similares fabricadas no NT-Solar que usaram Al de alta pureza depositado por evaporação em alto vácuo, indicando que os processos realizados produzem um BSF de baixa qualidade.

Photovoltaics is based on the direct conversion of solar energy into electricity and is a promising alternative to diversify the world’s energy matrix. This work aims to develop and analyse the deposition of Al paste by screen printing and firing/diffusion in a belt furnace to produce a BSF region in monocrystalline Si wafers. The diffusion of Al into the substrate was implemented by two different processes. In the first process the diffusion/firing of the Al paste and the firing of the Ag paste was carried out in independent steps. In this case, solar cells with an average efficiency (ηaverage) of 11. 5 % and a maximum of 12. 0 % were produced, but with the formation Al clusters in the back surface of the devices. In the second process firing/diffusion of such pastes was done on the same step. In this case, the best results were obtained for a firing/diffusion temperature of 860 °C and belt furnace speed (VE) of 150 cm/min and also for 890 °C and 180 cm/min. For the former parameters, ηaverage was 12. 4 % and the maximum was 12. 8 %. For the later, ηaverage was 12. 5 % and the maximum was 12. 6 %. Considering a temperature of 900 °C and VE of 190 cm/min, ηaverage was 12. 4 %. It was observed that minority carriers diffusion lengths were smaller than the thickness of silicon wafers. Open circuit voltages were 30 mV lower than that from similar cells fabricated at NT-Solar by using high purity Al deposited by e-beam evaporation indicating that the developed process produced low quality BSF.