Resumo Células solares com emissor e face posterior passivada (PERC, passivated emitter and rear cell) vêm dominando o mercado fotovoltaico em razão de seu processo de fabricação ser compatível com as linhas industriais que vinham sendo utilizadas e pela produção de dispositivos de alta eficiência. Atualmente o silício tipo p é o mais utilizado pela indústria de células solares, mas o silício tipo n deve ganhar mercado nos próximos anos juntamente com o emprego de lâminas de espessura reduzida. O objetivo deste trabalho é apresentar uma revisão sistemática dos principais estudos na área de células solares base n, sendo elas do tipo PERC, PERT (passivated emitter-rear totally diffused) e TOPCon (tunnel oxide passivated contact), com ênfase para a abordagem de contatos seletivos, emissores seletivos e nos processos utilizados, bem como na análise de células solares de espessura reduzida em relação ao padrão da indústria atual.

Abstract The PERC (passivated emitter and rear cell) solar cells have been dominating the competitive photovoltaic market due to their manufacturing process being compatible with the industrial lines that were being used and to produce high efficiency devices. Currently, p-type silicon is the most used by the solar cell industry, but n-type silicon should gain market in the coming years along with the use of thinner wafers. This work is a systematic review that aims to find the main recent studies in the field of n-type solar cells, like PERC, PERT (passivated emitter-rear totally diffused), and TOPCon (tunnel oxide passivated contact), with emphasis on the selective contacts and selective emitters and the processes to obtain them, as well as the analysis of solar cells of reduced thickness in relation to the current industrial standard.

Resumo O objetivo deste trabalho foi analisar a passivação de superfícies com SiO2 em células solares bifaciais fabricadas em lâminas finas bem como avaliar a influência do tipo de silício monocristalino utilizado para fabricar as células solares. A estrutura implementada foi a n+pp+, com fósforo na face frontal e boro e alumínio na face posterior, formando uma região seletiva de campo retrodifusor. Foram usadas lâminas de silício Cz (Czochralski) e FZ (float zone) com 145 μm de espessura e implementou-se uma etapa térmica para crescer uma camada de SiO2 para passivar as superfícies. O óxido passivou as superfícies, proporcionando um aumento de 0,5% absolutos na eficiência das células solares fabricadas em silício FZ. As células solares produzidas em Si-Cz não obtiveram o mesmo aumento porque apresentaram uma elevada resistência em série. A célula solar fina mais eficiente foi fabricada com silício FZ e com superfícies passivadas, atingindo eficiência de 14,5% e de 11,1%, para iluminação pela face n+ e p+, respectivamente. As células em Si-Cz, mesmo com menor tempo de vida inicial dos portadores de carga minoritários, atingiram eficiências um pouco menores que estes valores.

Abstract The aim of this paper was to analyze the surface passivation based on SiO2 for thin bifacial solar cells as well as to evaluate the influence of the type of substrate used to fabricate the cells. The n+pp+ structure was implemented, with phosphorus in the front face and boron and aluminum in the rear face, forming in the latter a selective back surface field. The Czochralski (Cz) and float zone (FZ) monocrystalline silicon wafers (145 μm thick) were used and a thermal step to grow a SiO2 layer to passivate the surfaces was implemented. The oxide passivated the surfaces, providing an absolute increase of 0.5% in FZ silicon solar cell efficiency. The solar cells produced in Si-Cz did not present the same increase because they showed a high series resistance. The more efficient thin solar cell was manufactured with Si-FZ and with oxidized surfaces, reaching the efficiency of 14.5% and 11.1%, for illumination by the n+ and p+ faces, respectively. The Si-Cz solar cells, even with a lower initial lifetime of minority carriers, reached slightly lower efficiencies than Si-FZ solar cells.

O Sol é fonte de energia renovável e o seu uso para produzir energia elétrica é uma das alternativas promissoras para enfrentar os desafios energéticos e ambientais do novo milênio. O silício é o segundo elemento mais abundante da Terra. Este material semicondutor é largamente usado na indústria de células solares e dispositivos de microeletrônica e permite a fabricação de dispositivos de alta durabilidade. O silício cristalino tipo n vem despertando o interesse mundial por apresentar menor degradação e maior tempo de vida dos portadores minoritários quando comparado com silício tipo p. O objetivo deste trabalho está centrado no desenvolvimento de um processo de fabricação industrial de células solares p+nn+, pseudoquadradas de 80 mm x 80 mm, em silício crescido por fusão zonal flutuante (Si-FZ) tipo n, com metalização por serigrafia. A região p+ foi produzida a partir de dopante com boro depositado por spin-on e difusão a alta temperatura em forno convencional com tubo de quartzo. A dopagem com boro foi otimizada considerando as características elétricas das células solares. O método consistiu em variar a temperatura de difusão de 900 ºC a 1020 ºC e tempo de difusão do processo de 10 min a 40 min. O processo de passivação de superfície foi avaliado utilizando SiO2 o que demonstrou não ser eficaz para o tipo de célula solar deste trabalho. Os melhores dispositivos foram fabricados com difusão de boro a 1000 ºC por 30 min, sem passivação de superfície, atingindo-se a eficiência de 14,6 %.

The Sun is a renewable energy source and its use to produce electric energy is one of the promising alternatives to address energetic and environmental challenges of the new millennium. Silicon is the second most abundant element in Earth. This semiconductor material is widely used in the manufacturing of solar cells and microelectronic devices and it allows the fabrication of high durability devices. The n-type Si is attracting worldwide interest because of its reduced degradation and higher minority carrier lifetime when compared to p-silicon. This work focuses on the development of a process to fabricate industrial p+nn+ solar cells, pseudo-square of 80 mm x 80 mm, by using n-type float zone silicon (FZ-Si), with metal grid deposited by screen-printing. The p+ region was formed by using boron spin-on dopant and diffusion in conventional quartz-tube furnaces at high temperature. Boron doping was optimized taking into account the solar cell electric characteristics. Temperature of boron diffusion was varied from 900 ºC to 1020 ºC and diffusion time from 10 min to 40 min. Surface passivation was implemented by using a SiO2 layer and it was not effective to reduce the surface recombination. Best devices were fabricated with boron diffusion at 1000 °C by 30 min, achieving the efficiency of 14.6 %.