| Resumo: | This dissertation work had as objective the optimization and analysis of the production of back surface field by boron diffusion and the effects of gettering and contamination with the deposition of PBF20 liquid dopant by spin-on of the and diffusion in conventional furnaces, as well the developing of two process sequences for the fabrication of 62 cm2 solar cells with n+ pp+ structure in CZ-Si. The gettering and contamination effects were evaluated by the measurement of the minority carrier lifetime. It was verified that the kind of tube, the value of the initial minorities lifetime and the silicon wafer do not interfere in the value of the minorities lifetime after diffusion of PBF20 dopant, with final average value around 11 μs for all samples. Experimental sheet resistances (R□) shown that the best for dopant deposition must be 3000 rpm and to obtain sheet resistance of 20 Ω/□, convencional diffusion parameteres must be 1000 ºC during 30 minutes. It was developed two processes for the manufacturing of solar cells with boron on back side, formed by PBF20 liquid dopant diffusion in conventional furnaces. In the first implemented process, the boron and phosphorous diffusion were carry out in separated steps. It was evaluated two oxidation processes at 1000 ºC to mask boron doped side from phosphorous diffusion. For a 30 minutes oxidation, the R□ of boron doped region increased to (42 ± 2) Ω/□. However, when the oxidation was performed during 120 minutes, this parameter remained similar to the value before the oxidation. The highest efficiency of industrial cells was 10. 4 % with a fill factor of 0. 74, typical for solar cells with metal grid deposited by screen printing. For 4. 16 cm² solar cells, the highest efficiency was 12. 3 %. The second process developed was focused in the simultaneous diffusion of boron and phosphorous. For the diffusion at 900 ºC during 15 minutes, the top efficiency was 10. 5 %, closer to the value obtained with the process of boron and phosphorous separately diffused. In the diffusion at 1000 ºC, by 30 minutes, the maximum efficiency obtained with this process was 8. 2 %. In the process of codiffusion at 820 ºC during 15 minutes, the averaged of short circuit current density and open circuit voltage were lightly larger than the results, from co-diffusion at 900ºC. However, the best efficiency was 9. 9 %, limited by the fill factor. In summary, it was verified that the boron diffusion by the PBF20 liquid dopant in conventional furnaces limits the minorities carrier and the simultaneous diffusion process of boron and phosphorous allows the manufacturing of 10. 5% efficiency industrial solar cells.
Esta dissertação teve como objetivo otimizar e analisar a formação do campo retrodifusor formado com boro e os efeitos de gettering e de contaminação com a deposição por spin-on do dopante líquido PBF20 e posterior difusão em forno convencional, bem como desenvolver dois tipos de processos para fabricação de células solares de 62 cm² com a estrutura n+pp+ em substratos de Si-CZ. Os efeitos de gettering e de contaminação foram avaliados por meio da medição do tempo de vida dos portadores minoritários. Constatou-se que o tipo de tubo, o valor do tempo de vida dos minoritários inicial e o tipo de lâmina de silício não interferem no valor do tempo de vida dos minoritários após difusão do dopante PBF20, com valor médio final da ordem de 11 μs para todas as amostras. Os resultados experimentais da resistência de folha (R□) mostraram que a melhor velocidade angular utilizada para a deposição do dopante deve ser de 3000 rpm e que para obter a resistência de folha da ordem de 20 Ω/□, a difusão deve ser a 1000 °C durante 30 minutos. Foram desenvolvidos dois processos para fabricação de células solares com boro na face posterior, formado com o dopante líquido PBF20 difundido em forno convencional. No primeiro processo implementado, as difusões de boro e fósforo foram realizadas em processos separados. Foram avaliados dois processos de oxidação a 1000 °C para proteção da face com boro da difusão de fósforo. Para o tempo de oxidação de 30 minutos, a R□ das regiões dopadas com boro aumentou para (42 ± 2) Ω/□. No entanto, quando a oxidação foi realizada durante 120 min este parâmetro permaneceu similar ao valor anterior à oxidação. A maior eficiência das células industriais foi de 10,4 % com um fator de forma de 0,74, típico para metalização por serigrafia. Para células de 4,16 cm², a maior eficiência foi de 12,3%.O segundo processo desenvolvido foi focado na difusão simultânea de boro e fósforo. Com a difusão a 900 ºC durante 15 min, a maior eficiência foi de 10,5 %, muito próxima ao valor obtido com o processo de difusão de boro e fósforo separados. Na difusão a 1000 ºC com duração de 30 min, a eficiência máxima obtida com este processo foi 16 de 8,2%. No processo de co-difusão a 820 ºC durante 15 min, a densidade de corrente de curto-circuito média e a tensão de circuito aberto foram ligeiramente maiores que o resultado para a co-difusão a 900 ºC. No entanto, a melhor eficiência foi de 9,9%, limitada pelo fator de forma. Em resumo, contatou-se que a difusão de boro a partir do dopante líquido PBF20 em forno convencional limita o tempo de vida dos portadores minoritários e que o processo de difusão simultânea de boro e fósforo permite fabricar células solares industriais de 10,5%. |
