Células solares bifaciais industriais em lâminas de silício finas: análise de passivação de superfícies e tipo de silício

Osório, V. C.; Moehlecke, A.; Zanesco, I.

doi:10.1590/0366-69132018643702280

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Articles • Cerâmica 64 (370) • Apr-Jun 2018 • https://doi.org/10.1590/0366-69132018643702280 copiar

Células solares bifaciais industriais em lâminas de silício finas: análise de passivação de superfícies e tipo de silício

Bifacial solar cells on thin silicon wafers: analysis of the surface passivation and type of silicon

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

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.

Palavras-chave:
células solares; células solares bifaciais; lâminas finas de silício; passivação de superfícies

Tabela I - Parâmetros elétricos médios de células solares fabricadas com lâminas de silício Cz e FZ, com e sem camada de SiO2. O filme AR foi depositado somente sobre a face n+.

Substrato	SiO₂	V_OC (mV)	J_SC (mA/cm² )	FF	η (%)
Iluminação pela face n⁺
Cz	Sem	591 ± 17	31,6 ± 1,0	0,71 ± 0,01	13,4 ± 1,0
Cz	Com	592 ± 12	31,0 ± 2,0	0,67 ± 0,02	12,0 ± 1,0
FZ	Sem	601 ± 1	32,2 ± 0,1	0,72 ± 0,01	14,0 ± 0,1
FZ	Com	604 ± 1	33,2 ± 0,2	0,72 ± 0,01	14,5 ± 0,1
Iluminação pela face p⁺, com região de BSF de boro e Al
Cz	Sem	582 ± 18	20,6 ± 2,6	0,73 ± 0,01	8,8 ± 1,5
Cz	Com	582 ± 13	22,0 ± 2,0	0,7 ± 0,1	8,4 ± 1,5
FZ	Sem	592 ± 1	22,2 ± 0,2	0,73 ± 0,01	9,7 ± 0,1
FZ	Com	595 ± 1	23,7 ± 0,3	0,73 ± 0,01	10,4 ± 0,2

Tabela II - Características elétricas das células solares mais eficientes e valores obtidos mediante simulação com o programa PC-1D.

Subst.	Parâmetros ajustados por simulação	SiO₂	Ilum.	Resultado	V_OC (mV)	J_SC (mA/cm² )	FF	η (%)
Cz	S_f = 4.10⁵ cm/s	Com	n⁺	Exp.^*	603	33,1	0,673	13,4
	S_p = 1.10⁵ cm/s		n⁺	Sim.^o	603	33,2	0,669	13,4
	t = 22 ms		p⁺	Exp.	595	23,7	0,706	10,0
	r_S* = 3,3 Ω.cm²		p⁺	Sim.	595	23,7	0,707	10,0
	S_f = 1.10⁷ cm/s	Sem	n⁺	Exp.	602	32,3	0,719	14,0
	S_p = 1.10⁷ cm/s		n⁺	Sim.	602	32,6	0,713	14,0
	t = 55 ms		p⁺	Exp.	594	22,2	0,739	9,7
	r_S* = 2,4 Ω.cm²		p⁺	Sim.	592	22,3	0,750	9,8
FZ	S_f =1,5.10⁵ cm/s	Com	n⁺	Exp.	605	32,9	0,729	14,5
	S_p = 1.10⁵ cm/s		n⁺	Sim.	605	33,6	0,717	14,6
	t = 19 ms		p⁺	Exp.	596	23,6	0,740	10,4
	r_S* = 2,2 Ω.cm²		p⁺	Sim.	596	23,2	0,752	10,4
	S_f = 1.10⁷ cm/s,	Sem	n⁺	Exp.	600	32,3	0,726	14,1
	S_p = 1.10⁷ cm/s		n⁺	Sim.	600	32,6	0,740	14,0
	t = 45 ms		p⁺	Exp.	590	22,0	0,734	9,5
	r_S* = 2,3 Ω.cm²		p⁺	Sim.	591	22,1	0,750	9,8

Tabela III - Características elétricas das células solares mais eficientes, iluminadas pela face p+, com e sem filme antirreflexo de TiO2.

Subst.	SiO₂	Filme AR	V_OC (mV)	J_SC (mA/cm² )	FF	η (%)
Cz	Com	Sem	595	23,7	0,706	10,0
	Com	Com	593	25,7	0,702	10,7
	Sem	Sem	594	22,2	0,739	9,7
	Sem	Com	592	24,2	0,728	10,4
FZ	Com	Sem	596	23,6	0,740	10,4
	Com	Com	594	25,4	0,735	11,1
	Sem	Sem	590	22,0	0,734	9,5
	Sem	Com	590	24,1	0,726	10,3

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