Desenvolvimento de processos industriais de fabricação de células solares bifaciais em silício CZ

Abstract

A célula solar bifacial é ativa em ambas as faces e associada a sistemas ópticos de concentração possibilita redução de custo. Este trabalho centrou-se no desenvolvimento de processos para fabricação de células solares bifaciais industriais, de 62 cm2 com metalização por serigrafia em Si-Cz, do tipo p. Foram desenvolvidos dispositivos com as estruturas n+pn+ e n+pp+. Para as células solares sem formação de campo retrodifusor (n+pn+), verificou-se que a deposição da malha de Al/Ag na face posterior sobre ou sob o filme antirreflexo (AR) não afeta os resultados e a eficiência, de 6,1 % na face frontal, é baixa. Para os processos com emissor seletivo de Al, verificou-se que a pasta de Al deve ser depositada diretamente sobre o substrato de Si, resultando em células solares com eficiência de 11,5 % e 1,2 %, para a face frontal e posterior, respectivamente. Nas células n+pp+ a região posterior foi formada com boro. Nos processos com difusão de boro a 1000 °C com BBr3, verificou-se que com a concentração de 0,1 % de dopante no ambiente do forno as células solares apresentam parâmetros elétricos próximos aos obtidos com concentração de 0,07 %. A melhor célula bifacial apresentou a eficiência de 12,2 % na face frontal e 5,4 % na face posterior. Para a difusão a 900 °C, analisaram-se as concentrações de BBr3 de 0,07 %. 0,1 % e 0,15 %. Constatou-se que as melhores eficiências de 12,8 % e 8,4 %, ocorrem para a concentração de 0,1 %. As células solares fabricadas com o mesmo processo, porém com formação da região p+ com o dopante líquido PBF20, depositado por spin-on, apresentaram eficiências de 13,4 % e de 9,4 %, similares às do processo com BBr3.A melhor célula solar foi processada com passo térmico único para a difusão de boro e oxidação, atingindo as eficiências de 14,3 % e 10,9 %. Observou-se que para deposição de uma única camada do filme do dopante, os melhores resultados ocorrem quando as lâminas são secadas na estufa na posição horizontal. Porém, com filme duplo e secagem na posição vertical foram alcançadas maiores eficiências.

Bifacial solar cells are active on both faces and when associated to optical concentrators can reduce the cost of photovoltaic moduls. The purpose of this work was to develop fabrication processes to obtain industrial bifacial solar cells on Si-Cz, p-type wafers, with 62 cm2 and metal grid deposited by screen-printing. Devices were developed with n+pn+ and n+pp+ structures. For cells without back surface field (n+pn+), the deposition of Al/Ag paste on the rear face, above or under the antireflection coating, do not affect the results and a low front face efficiency of 6. 1 % was measured. For the process with Al selective emitter, we concluded that Al paste has to be deposited directly on the silicon wafer, producing solar cells with efficiency of 11. 5 % and 1. 2 %, for front face and rear face illumination, respectively. Rear p+ region in n+pp+ cells was formed by boron diffusion. For diffusion processes of boron at 1000 °C with BBr3 as doping source, we observed that 0. 1 % of BBr3 in the furnace ambient results in cells similar to that produced with 0. 07 % of BBr3, a standard value. Best bifacial cell achieve efficiencies of 12. 2 % for frontal illumination and 5. 4 % for rear illumination. Three BBr3 concentrations, that is, 0. 07 %, 0. 1 % and 0. 15 %, were used for boron diffusion at 900 ºC. We observed that concentration of 0. 1% produced the better cells, obtaining efficiencies of 12. 8 % and 8. 4 % (front/rear face). Solar cells processed with the same fabrication sequence but using liquid dopant PBF20 deposited by spin-on instead of BBr3 produced 13. 4 % and 9. 4 % efficient solar cells, for frontal and rear face illumination, respectively. These results are similar to that obtained with boron diffusion based on BBr3.Best cell was fabricated following a sequence process with an only step for boron diffusion and oxide growth, presenting efficiencies of 14. 3 % and 10. 9 %. Concerning number of dopant layers and how it is dried, we observed that for one layer best results are obtained for horizontal position in the dry oven. However, for double layer, vertical distribution in the dry oven allows the production of cells with higher efficiency.