| Resumen: | The goal of this thesis was the development and analysis of crystalline silicon solar cells processed by laser radiation. Solar cells with n+pp+ structure on p-type, CZ-Si solar grade substrate were developed, analysed, and evaluated, based on two laser processing techniques: laser-fired rear contacts (LFC) and laser ablation of the front surface silicon nitride by means of laser chemical processing (LPC) or using a mirror galvanometer laser system (SCA). The LFC method was employed to form the rear contacts of crystalline silicon solar cells after the deposition of an aluminium layer. The LCP and SOA methods were used to develop a silicon nitride ablation process. The laser ablation process was employed to open regions of the devices antireflection coating, followed by selective chemical deposition of Ni/Ag to form the front metal grid. The best laser processing parameters found for LFC solar cells were: 33. 0 A pumping lamp current, 20. 0 kHz q-switch frequency, and 0. 50 mm contact distance. LFC solar cells with screen printed front metallization and Si02 rear passivation layer achieved an average efficiency of 14. 4 % and best value of 15. 3 %, after an annealing step at 400 00 with a belt speed of 50 cm/min. lncreasing the rear aluminium layer thickness from 2 um to 4 um did not improve the performance of the devices significantly. The best laser processing parameters found for the silicon nitride laser ablation process based on the LCP technique were: 15. 3 uJ laser pulse energy, 16. 0 kHz q-switch frequency, and 100 mm/s processing speed. The best laser processing parameters found for the silicon nitride laser ablation process based on the SOA technique were: 5. 0 uJ laser pulse energy, 130. 0 kHz q-switch frequency, and 813 mm/s processing speed. Solar cells with silicon nitride laser ablation, front side metallization by Ni/Ag selective electrochemical deposition, and screen-printed rear side metallization achieved an average efficiency of 16. 1 % and best value of 16. 8 % for the LCP technique and an average efficiency of 16. 3 % and best value of 16. 6% for the SOA technique.
O objetivo desta tese foi o desenvolvimento e análise de células solares em substrato de silício cristalino com processamento por radiação laser. Células solares com estrutura n+pp+ em substrato de CZ-Si tipo p foram fabricadas, analisadas e comparadas, com base em duas técnicas de processamento laser: contatos posteriores formados por laser (CFL) e ablação do filme antirreflexo frontal de nitreto de silício por processamento químico com laser (PQL) ou por processamento com laser guiado por galvanômetro de espelhos (SCA). O método CFL foi utilizado na formação dos contatos posteriores de células solares, após a deposição de uma camada de alumínio. Os métodos PQL e SCA foram usados no desenvolvimento de um processo de ablação a laser do filme frontal de nitreto de silício. Trilhas foram abertas no filme antirreflexo e posteriormente metalizadas seletivamente por deposição química de níquel e prata, para formar a malha de metalização frontal. Os melhores parâmetros de processamento laser encontrados para células solares CFL foram: corrente da lâmpada de bombeamento óptico de 33,0 A, freqüência q-swttch de 20,0 kHz e distância entre contatos posteriores de 0,50 mm. Células solares CEL com metalização frontal por serigrafia e passivação posterior com SiO2 alcançaram uma eficiência média de 14,4 % e melhor valor de 15,3 %, após tratamento térmico a 400 °C com velocidade de esteira de 50 cm/min.O aumento da espessura da camada de alumínio posterior de 2 um para 4 um não resultou em melhora significativa da performance das células solares. Os melhores parâmetros de processamento encontrados para o processo de ablação a laser de nitreto de silício pela técnica PQL foram: energia do pulso laser de 15,3 uJ, frequência q-switch de 16,0 kHz e velocidade de processamento de 100 mm/s. Os melhores parâmetros de processamento encontrados para o processo de ablação a laser de nitreto de silicio pela técnica SCA foram: energia do pulso laser de 5,0 uJ, freqüência q-switch de 130,0 kHz e velocidade de processamento de 813 mm/s. Células solares com ablação a laser de nitreto de silicio, metalização frontal seletiva por deposição química de níquel e prata e metalização posterior por serigrafia atingiram a eficiência média de 16,1 % e o melhor valor de 16,8 % com a técnica PQL e a eficiência média de 16,3 % e melhor valor de 16,6 % com a técnica SCA. |
