Desenvolvimento e comparação de células solares N+PN+ e N+PP+ em silício multicristalino

Abstract

The goal of this work is to develop and optimize industrial processes for manufacturing n+pn+ and n+pp+ silicon solar cells by using p-type multicrystalline Si wafers. Besides the optimization of n+ region, the p+ region was experimentally optimized with aluminum for obtaining the second structure. The innovation of this work consists in the development of n+pp+ solar cells in multicrystalline silicon with screen-printing metallization, by using only one thermal step for phosphorus and aluminum diffusion and in the comparison of cells n+pn+ and n+pp+. In this work, the isotropic texturing using acid solution was optimized. A texturing process using laser radiation was implemented in order to compare the results with the reflectance obtained by texturing in acid solution. We obtained the average reflectance of 23 % for the texturing with acid solution and 19. 6 % for the process with laser radiation. The time of texturing process with laser radiation is high, increasing the process cost. Therefore the process with acid solution was chosen. The average efficiency of the n+pn+ solar cells without texturing was 11. 3 %. The efficiency increased 2 % (absolute) when the texturing process by acidic solution was implemented. For the developed process of cells without back surface field, the highest efficiency achieved was 13. 8 %, with JSC = 29. 3 mA/cm2, VOC = 595 mV and FF = 0. 79.The highest efficiency found for n+pp+ cells was 14. 1 % and the electric parameters value were: JSC = 30. 2 mA/cm2, VOC = 592 mV e FF = 0. 78. It was concluded that the BSF region does not cause significant improvement in the efficiency of the devices and the small difference between the efficiency obtained with the best n+pn+ and n+pp+ cells is due to the highest short-circuit current density provided by Al BSF in n+pp+ solar cells.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver e otimizar processos industriais para a fabricação de células solares em silício multicristalino tipo p com estruturas n+pn+ e n+pp+. Para a obtenção da segunda estrutura, além da região n+, foi necessário otimizar experimentalmente a região p+ com difusão de alumínio. A inovação deste trabalho consiste no desenvolvimento de células solares n+pp+ em silício multicristalino e com metalização por serigrafia, utilizando apenas um único passo térmico para a difusão dos dopantes fósforo e alumínio, e na comparação das células desenvolvidas n+pn+ e n+pp+. Neste trabalho, foi otimizado o processo de texturação isotrópico utilizando solução ácida. Um processo de texturação por radiação laser foi implementado e os resultados foram comparados com a refletância resultante da texturação em solução ácida. Obteve-se refletância média de 23 %, para o processo com solução ácida, e de 19,6 % para o processo com radiação laser. O tempo de processamento da texturação com radiação laser é elevado, encarecendo o processo. Portanto, optou-se pelo processo com ataque químico ácido. Constatou-se que a eficiência média de células solares n+pn+ sem texturação foi de 11,3 %, aumentando em 2 % (absoluto), quando foi implementada a texturação em solução ácida. Para o processo desenvolvido para fabricação de células sem campo retrodifusor, a maior eficiência alcançada foi de 13,8 %, com JSC = 29,3 mA/cm2, VOC = 595 mV e FF = 0,79. A eficiência máxima encontrada para células n+pp+ foi de 14,1 % e os valores dos parâmetros elétricos foram: JSC = 30,2 mA/cm2, VOC = 592 mV e FF = 0,78. Concluiu-se que a região de BSF não provoca melhora significativa na eficiência dos dispositivos, e que a pequena diferença entre as eficiências obtidas com as melhores células n+pn+ e n+pp+ devese a maior densidade de corrente de curtocircuito apresentada pelo dispositivo com BSF de Al.