Células solares com campo retrodifusor seletivo: passivação frontal e posterior com nitreto de silício

Abstract

A maioria das células solares de silício fabricadas em escala industrial é processada em substratos de Si-Cz tipo p e possuem estrutura n+pp+. Na última década, intensificou-se a busca por melhores eficiências e redução dos custos de fabricação. Como as células são limitadas pelas perdas ópticas e pela recombinação nas superfícies, a passivação da superfície posterior, além da superfície frontal, é uma alternativa para aumentar a eficiência dos dispositivos. O objetivo dessa dissertação é desenvolver e avaliar células solares com campo retrodifusor seletivo de boro e alumínio e passivadas com filme fino de nitreto de silício em ambas as faces. Os filmes de nitreto de silício foram depositados por PECVD (plasmaenhanced chemical vapor deposition) com a razão da vazão dos gases silano e amônia de 0,875, 1,5 e 2,0 e tempos de deposição de 60 a 100 segundos, ajustados para formar o filme antirreflexo. Analisaram-se e compararam-se a espessura do filme, o tempo de vida dos portadores de carga minoritários, os parâmetros elétricos, o comprimento de difusão e a eficiência quântica. Os resultados indicaram que quanto menor a razão entre o fluxo dos gases silano e amônia e menor tempo de deposição, maior a eficiência das células solares fabricadas. Devido a maior passivação, principalmente na face frontal provocada pelo filme de nitreto de silício depositado com a menor razão da vazão dos gases silano e amônia e menor tempo de deposição, observou-se um aumento da eficiência quântica interna, principalmente para menores comprimentos de onda e alcançou-se a eficiência de 16,0 %, similar à eficiência das células solares com emissor homogêneo de alumínio.

The majority of silicon solar cells manufactured in an industrial scale is processed in Si-Cz p-type substrates and has the n+pp+ structure. In the last decade, the search for efficiency improvements and fabrication cost reductions has been intensified. Since the cell efficiency is limited by optical losses and surface recombination, the rear and front surface passivation is an alternative for the enhancement of the efficiency. The goal of this dissertation is to develop and analyze solar cells with selective back surface field of boron and aluminum and silicon nitride thin films for the passivation of both surfaces. The silicon nitride thin films were deposited by PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition), with ratios of silane to ammonia gas flow of 0.875, 1.5 and 2.0, and deposition time of 60 to 100 seconds, adjusted to form the anti-reflection coating. The thickness of the SiNx films, minority carrier lifetime, electrical parameters, minority carrier diffusion length and quantum efficiency were analyzed and compared. The results indicate that the lower the ratio between the silane and ammonia gas flows and the shorter the deposition time, the higher the efficiency of the solar cells manufactured. Due to the passivation, mainly in the front face, caused by the silicon nitride film deposited with the lower ratio of silane and ammonia gas flow and lower deposition time, we observed an increasing oh the internal quantum efficiency, mainly in shorter wavelength. The efficiency reached was 16.0 %, similar to the efficiency of solar cells with aluminium homogeneous back surface field.