| Abstract: | Photovoltaic solar energy is the direct convertion of solar energy into electricity and it has low impact to the environment during electric energy production. The main device of this technology is the solar cell and silicon is the substrate most used. The solar cells are electrically connected and encapsulated in order to form the photovoltaic module. The aims of this thesis are to optimize, develop and to analyse n+np+ solar cells processed in n type Si-PV-FZ and with aluminum rear emitter formed in belt furnace. The optimization of solar cells by simulation is an important step before the device development. The software PC-1D and another program developed using Visual Basic language were used. Considering a metal grid formed by evaporation technique in vaccum ambient an efficiency of 16. 8 % may be achieved. With screen printed grid, 15. 8 % efficient solar cells were obtained. From the simulation results it was found that the screen printing metallization may become more viable than evaporation technique because there is low difference in the efficiency and the screen printing is a simpler technique. The experimental optimization of silicon wafers texture process resulted in reflectance of 12 %. This value is tipical for monocrystalline silicon with textured surface. Experimental optimization of phosphorus front surface field shows a sheet resistance of (36 ± 4) `/ı for this region. This region was formed in a thermal step in a conventional furnace with POCl3. It was found that after the phosphorus diffusion occurred gettering to specific temperature and time. It was verified that the minority carrier lifetime in the final of processing is similar to the initial value. The influence of steps sequence of front silver paste firing and rear diffusion/firing aluminium paste, of surface passivation and the influence of dry air flow during the aluminium paste diffusion/firing, of aluminium paste diffusion/firing temperature and of belt speed under the fabricated devices electric characteristics were analysed. The aluminum rear emitter n+np+ silicon solar cells resulted in efficiencie up to 9,5 %. The best solar cells were processed under 900 °C to aluminium paste diffusion/firing and belt speed of 140 cm/min. The efficiency is limited by low values of VOC and FF reached. It was also verified that the local rear emitter formation results in solar cells with higher efficiency than those with homogeneous emitter.
A produção de energia elétrica diretamente a partir da conversão da energia solar, denominada de energia solar fotovoltaica, ganha destaque pelo baixo impacto ambiental. O principal dispositivo desta tecnologia é a célula solar, sendo o material mais utilizado o silício. As células solares são associadas eletricamente e encapsuladas com a finalidade de formar o módulo fotovoltaico. Os objetivos desta tese estão centrados na otimização, no desenvolvimento e na análise de células solares n+np+ em Si-FV-FZ, tipo n, com emissor posterior p+ formado pela difusão de pasta de alumínio em forno de esteira. A otimização por simulação de uma célula solar é uma etapa importante que precede o desenvolvimento do dispositivo. Nesta etapa, além de utilizar o programa computacional PC-1D foi criado um programa na linguagem Visual Basic, denominado MonoCel. Para a simulação de células solares com malha de metalização formada por evaporação em alto vácuo obteve-se a eficiência de 16,8 %, valor 1 % absoluto maior que para o caso da malha de metalização ser formada por serigrafia, que foi de 15,8 %. A partir dos resultados das simulações, constatou-se que o processo para fabricação de células solares com metalização por serigrafia pode ser mais viável que a evaporação em alto vácuo, pois a diferença na eficiência não é elevada e a técnica é relativamente mais simples. A otimização experimental do processo de texturação das lâminas de silício resultou na refletância de 12 %, valor típico para uma superfície formada por micropirâmides em silício monocristalino. Com a otimização experimental da região de campo retrodifusor frontal de fósforo, foi obtido um valor de resistência de folha de (36 ± 4) Ω/□ a partir da difusão de fósforo com POCl3 em forno convencional. Constatou-se que após a difusão de fósforo, ocorreu gettering para temperatura e tempos específicos. Também se verificou que o tempo de vida dos portadores minoritários ao final do processamento das células solares é ligeiramente maior que o valor inicial. Foi analisada a influência da ordem dos passos de queima da pasta de metalização na face frontal e de difusão/queima da pasta de alumínio, da passivação 27 da superfície, do fluxo de ar seco no passo de difusão/queima da pasta de alumínio, da temperatura de difusão/queima da pasta de alumínio e da velocidade da esteira nas características elétricas dos dispositivos fabricados. Com o processo de fabricação de células solares com estrutura n+np+ com emissor posterior localizado de alumínio foram obtidas células solares com eficiência próxima a 9,5 %. As melhores células solares foram processadas na temperatura de difusão/queima da pasta de alumínio de 900 °C e velocidade da esteira de 140 cm/min. A eficiência está limitada pelos baixos valores de VOC e FF alcançados. Também se verificou que a formação do emissor posterior localizado resulta em células solares com maior eficiência que o emissor homogêneo. |
