Interdigitated back-contacted(IBC) c-Si solar cells based on laser processed dielectric layers
- Autores: Gema López Rodríguez
- Directores de la Tesis: Pablo Rafael Ortega (dir. tes.), Isidro Martin Garcia (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Molpeceres Alvarez (presid.), Luis Castañer Muñoz (secret.), Michael Vetter (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Electrónica
- Materias:
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- Resumen
El objetivo de este trabajo de tesis es el de la fabricación de células solares de alta eficiencia de tipo IBC (interdigitadas y contactadas en la parte posterior) a baja temperatura y bajo coste. En esta tesis se propone un nuevo concepto de fabricación simple y elegante que se ha llevado a cabo de manera exitosa resultado en la fabricación de dichas células como prueba de concepto.
Para llevar a cabo este propósito, la investigación se ha focalizado en el estudio y aplicación de procesos a baja temperatura como la técnica de depósito de capas a nivel atómico (ALD) y el depósito químico en fase vapor con plasma (PECVD). También se ha desarrollado un proceso basado en el dopado láser utilizando capas dieléctricas para formar regiones dopadas p+ y n+ en el sustrato de silicio cristalino. Estas regiones altamente dopadas, están formadas siguiendo una estructura de puntos y utiliza Al2O3 y a-SiCx (n) como fuente de aluminio y fósforo respectivamente. Se ha realizado un estudio detallado con la finalidad de encontrar los parámetros del láser que proporcionen el mejor comportamiento eléctrico de las uniones p+/n y n+/p formadas. Para obtener las capas dieléctricas que mejor cumple con estas finalidades se ha realizado un estudio exhaustivo que optimiza el depósito de Al2O3 en términos de temperatura, tiempo y grosor de la capa.
Con la finalidad de fabricar las células de tipo IBC ¿frías¿, primero se has desarrollado las primeras células solares de tipo IBC sobre c-Si (FZ) de tipo p realizando una difusión convencional de fósforo en horno a alta temperatura y se ha combinado con el dopado con láser . Se ha utilizado un ¿stack n¿ formado por a-SiCx(i)/a-Si(n)/a-SiCx para pasivar la superficie previamente difundida y como fuente de átomos de fósforo para formar regiones puntuales fuertemente dopadas n++ (emisores selectivos) después del procesado láser. Por otro lado un ¿stack p¿ formado por Al2O3/ a-SiCx provee de átomos de aluminio para crear las regiones puntuales p++ a la vez que pasiva la superficie del silicio. Como resultado se ha obtenido una eficiencia del 18.7% (Jsc= 39.1 mA/cm2, Voc= 638 mV, FF= 75.3%) .
La primera célula IBC ¿fria¿ se ha obtenido después de eliminar la difusión convencional de fósforo y reestructurar los pasos de fabricación con la finalidad de eliminar procesos a alta temperatura y reducir pasos fotolitográficos que añaden complejidad al proceso. Para la realización de los contactos de emisor y base se ha utilizado un láser pulsado de 1064 nm (Nd-YAG en régimen de nanosegundos) . Se ha obtenido una eficiencia de 18% (Jsc = 39.2 mA/cm2, Voc= 647mV, FF= 71.1%) en c-Si tipo n (FZ) de 280µm, 2.5 Ocm y un área de 9 cm2. Finalmente, la realización de los contactos de la célula utilizando un láser de 355 nm (Nd:YVO4) ha permitido conseguir células solares IBC con eficiencias del 20% (Jsc= 40.5 mA/cm2, Voc = 650 mV and FF = 76.4%) .
La técnica de dopado láser, junto con los depósitos de capas dieléctricas a baja temperatura a demostrado ser viable para la fabricación de células solares de tipo IBC de alta eficiencia a bajas temperaturas ( menor que 400 C) y bajo coste.
