Células solares bifaciais finas com campo retrodifusor localizado de alumínio e seletivo de boro e alumínio

Abstract

The aim of this work is to develop and optimize processes for manufacturing of bifacial silicon solar cells with n+pp+ structure and by using 150 μm thick p-type Cz-Si and FZ-Si wafers. Local BSF was implemented by Al deposited by screen-printing and diffused in a belt furnace and surfaces were passivated by SiO2. Initially, the process for thinning the wafers was optimized and the average value of (146 ± 4) μm was obtained after texturing, obtaining an average reflectance of 11. 2 %. The Al and Ag/Al pastes diffusion/firing was optimized as well as analyzed different approaches to passivate the surfaces with SiO2. It was observed that the best temperature for diffusion/firing was 840 °C for cells without passivation oxide and 850 °C for those with a SiO2 layer with a thickness of approximately 10 nm. The analysis of the minority-carrier lifetime showed that phosphorus diffusion produced gettering, but due to contamination in belt surface, minority-carrier lifetime decreased, reaching values similar to the initial. In order to improve the cell efficiency when it is illuminated by p face with local Al-BSF, boron (PBF20) was deposited on the rear face and two different orders of boron diffusion in the process were checked. For the process called α, in which the boron was diffused after phosphorus, the best efficiency obtained was 11. 2% when the n+ face was illuminated and it was 8. 3% when the cell was illuminated by the p+ side. For the process called β, with boron diffusion performed before the phosphorus diffusion (producing a n+ region with sheet resistance of 43 Ω/□) and with antireflective coating (AR) on both sides, the efficiency achieved was 14% when the solar cell was illuminated by n+ face and it was of 10. 4% when illuminated by p+ face. With the comparison of experimental results of the Cz-Si and FZ-Si cells, it was possible to conclude that, there is no advantage in using substrates higher life time of minority carriers considering the developed processes.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver e otimizar processos para fabricação de células solares bifaciais com estrutura n+pp+, espessura da ordem de 150 μm, em substratos de silício Czochralski (Si-Cz), tipo p, com difusão localizada de alumínio realizada em forno de esteira, metalização por serigrafia e passivação com SiO2. Para comparação dos parâmetros elétricos, também foram utilizadas lâminas de silício Float Zone (FZ). Inicialmente, foi otimizado o processo de afinamento da espessura alcançando o valor de (146 ± 4) μm, após ocorreu a texturação, resultando na refletância média de 11,2 %. Foi realizado o processo de difusão/queima das pastas de Al e Ag/Al bem como foram analisadas diferentes formas de passivar as superfícies com SiO2. Observou-se que a melhor temperatura para a difusão/queima foi de 840 ºC para células sem óxido passivador e de 850 ºC para aquelas com uma camada de SiO2 com espessura da ordem de 10 nm. A análise do tempo de vida dos portadores minoritários mostrou que a difusão de fósforo produziu gettering, mas devido à contaminação no forno de esteira, o tempo de vida dos portadores minoritários no final do processo ficou próximo ao valor inicial. Com o objetivo de aumentar a eficiência das células quando são iluminadas pela face p, com campo retrodifusor local de Al, foi depositado o dopante boro (PBF20) e testadas as diferentes ordens de difusão do boro no processo. Para o processo denominado de α, no qual o boro foi difundido depois do fósforo, a melhor célula solar obteve eficiência de 11,2 % quando iluminada pela face n+ e 8,3 % quando iluminada pela face p+.Para o processo β, com a difusão de boro antes da de fósforo, com a região n+ tendo resistência de folha de 43 Ω/□ e com deposição de filme antirreflexo em ambas as faces, atingiu-se a eficiência de 14 % quando a célula solar foi iluminada pela face n+ e de 10,4 % quando iluminada pela face p+. Com a comparação dos resultados experimentais das células de Si-Cz e Si-FZ pode-se concluir que não há vantagem em usar substratos de maior tempo de vida dos portadores de carga minoritários inicial com os processos desenvolvidos.