Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000401486-Texto+Completo-0.pdf: 2235919 bytes, checksum: 4ff678b49860d16d47ec2e0ccbb3f5b6 (MD5) Previous issue date: 2008 / The exponential growth of the photovoltaic devices market and the necessity of material with low cost make the multicrystalline silicon an important option for solar cell industry. The goal of this thesis is to optimize and develop the main processes for manufacturing multicrystalline silicon solar cells, with the structure n+pn+ and 36 cm2 of area. The highly doped regions and the metal grids were optimized by simulations and the emitter and the firing conditions of the metal pastes for screen printing metallization were optimized experimentally. According to the obtained results from the optimization by simulations, it is possible to obtain solar cells with 16,2 % of efficiency for high values of the minority carriers lifetime of 100 μs and with back surface field. The efficiency of 15,8 %, 14,6 % and 12,1 % can be obtained for lower lifetimes of 50 μs, 10 μs e 1 μs, respectively, with screen printing metallization and metal grid with fingers of 100 μm width. The efficiency was reduced of around 0,3 % to 0,5 %, when the width of the grid fingers are increased from 100 μm to 200 μm. It was also verified that as larger are the fingers width, larger is the depth of the junction and the back surface field for the same surface concentration. In the process for the experimental optimization of the emitter, the sheet resistance was obtained according to the diffusion temperature. The temperature and the time to obtain the sheet resistance of 50 Ω/□, selected for the manufacturing of solar cells with metallization through screen printing, is 820 ºC and 30 minutes. From the analysis of manufactured solar cells, we verified that the temperature of the pastes firing affects the solar cells performance, while the belt speed almost does not influence on the cell electrical parameters. Higher efficiencies were found for the temperature of the firing between 860 oC and 880 oC. We also observed that the thickness of the antireflecting coating influences the fill factor and the current of the solar cells. The highest efficiency achieved was 11,5 %, with fill factor of 0,74, for the firing temperature of 860 ºC, belt speed of 190 cm/min and double antireflecting layer of Si3N4 e TiO2. / O crescimento exponencial do mercado de dispositivos fotovoltaicos e a necessidade de substratos de menor custo tornam o silício multicristalino uma importante opção para a fabricação de células solares. Esta dissertação tem como objetivo otimizar e desenvolver as principais etapas de um processo para fabricação de células solares em substrato de silício multicristalino, com a estrutura n+pn+ e 36 cm2 de área. Foram otimizadas, por meio de simulações, as regiões dopadas e as malhas de metalização e, experimentalmente, o emissor e as condições de queima das pastas metálicas no processo de metalização por serigrafia. De acordo com os resultados obtidos da otimização por simulações, é possível obter células solares com 16,2 % de eficiência para altos valores de tempo de vida dos portadores minoritários de 100 μs e com região de campo retrodifusor. As eficiências de 15,8 %, 14,6 % e 12,1 % podem ser obtidas para o tempo de vida dos minoritários de 50 μs, 10 μs e 1 μs, respectivamente, quando a metalização for por serigrafia com malha metálica com trilhas de 100 μm de largura. Constatou-se que a eficiência é menor, da ordem de 0,3 % a 0,5 %, quando a largura das trilhas da malha de metalização é aumentada de 100 μm para 200 μm. Também se verificou que quanto maior a largura das trilhas, maior a profundidade da junção e da região do campo retrodifusor para a mesma concentração em superfície. No processo para a otimização experimental do emissor, obtiveram-se os valores de resistência de folha em função da temperatura da difusão. A temperatura e o tempo com os quais se obtém a resistência de folha de 50 Ω/□, selecionada para a fabricação de células solares com metalização por serigrafia, é de 820ºC e 30 minutos. Da análise das células solares fabricadas constatou-se que a temperatura de queima das pastas afeta o desempenho das células solares, enquanto que a velocidade da esteira praticamente não influencia nos parâmetros elétricos das mesmas. As maiores eficiências foram encontradas para a temperatura de queima entre 860 ºC e 880 ºC. 16 Também se verificou que a espessura do filme anti-reflexo influencia o fator de forma e a corrente elétrica das células solares. A maior eficiência alcançada foi de 11,5 %, com fator de forma de 0,74, para a temperatura de queima da pasta de 860 ºC, velocidade da esteira de 190 cm/min e dupla camada anti-reflexo de Si3N4 e TiO2.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000429509-Texto+Completo-0.pdf: 1709530 bytes, checksum: 382afaa2fdbfe7828c131a0990c2e43c (MD5) Previous issue date: 2011 / Photovoltaics is based on the direct conversion of solar energy into electricity and is a promising alternative to diversify the world’s energy matrix. This work aims to develop and analyse the deposition of Al paste by screen printing and firing/diffusion in a belt furnace to produce a BSF region in monocrystalline Si wafers. The diffusion of Al into the substrate was implemented by two different processes. In the first process the diffusion/firing of the Al paste and the firing of the Ag paste was carried out in independent steps. In this case, solar cells with an average efficiency (ηaverage) of 11. 5 % and a maximum of 12. 0 % were produced, but with the formation Al clusters in the back surface of the devices. In the second process firing/diffusion of such pastes was done on the same step. In this case, the best results were obtained for a firing/diffusion temperature of 860 °C and belt furnace speed (VE) of 150 cm/min and also for 890 °C and 180 cm/min. For the former parameters, ηaverage was 12. 4 % and the maximum was 12. 8 %. For the later, ηaverage was 12. 5 % and the maximum was 12. 6 %. Considering a temperature of 900 °C and VE of 190 cm/min, ηaverage was 12. 4 %. It was observed that minority carriers diffusion lengths were smaller than the thickness of silicon wafers. Open circuit voltages were 30 mV lower than that from similar cells fabricated at NT-Solar by using high purity Al deposited by e-beam evaporation indicating that the developed process produced low quality BSF. / A energia solar fotovoltaica baseada na conversão direta da energia solar em elétrica pode ser uma alternativa para a diversificação da matriz energética. O objetivo deste trabalho está centrado no desenvolvimento e na análise da deposição de pasta de Al por serigrafia e queima/difusão em forno de esteira para a formação de campo retrodifusor em lâminas de Si monocristalino. A difusão de Al foi implementada em dois diferentes processos. Foi realizada a difusão/queima da pasta Al e queima da pasta de Ag em passos independentes e, queima/difusão das pastas em passo simultâneo. Com o primeiro processo produziram-se células com eficiência média (ηmédia) de 11,5 % e máxima de 12,0 %, mas com problemas de formação de aglomerados de Al na superfície posterior. Com o segundo processo, os melhores resultados foram para temperatura de queima/difusão de 860 °C e velocidade de esteira (VE) de 150 cm/min e para temperatura de 890 °C e VE de 180 cm/min. Para o primeiro par de parâmetros, a ηmédia foi de 12,4 % e a máxima de 12,8 %. Para o segundo, o valor da ηmédia foi de 12,5 % e o máximo de 12,6 %. Considerando a temperatura de 900 °C e VE de 190 cm/min, a ηmédia foi de 12,4 %. Observou-se que o comprimento de difusão dos portadores minoritários foi menor que a espessura das lâminas de silício utilizadas neste trabalho. As tensões de circuito aberto ficaram da ordem de 30 mV menor do que células solares similares fabricadas no NT-Solar que usaram Al de alta pureza depositado por evaporação em alto vácuo, indicando que os processos realizados produzem um BSF de baixa qualidade.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000401363-Texto+Completo-0.pdf: 915888 bytes, checksum: c2f0a113e209f1e28e73ebf033426cfb (MD5) Previous issue date: 2008 / This dissertation work had as objective the optimization and analysis of the production of back surface field by boron diffusion and the effects of gettering and contamination with the deposition of PBF20 liquid dopant by spin-on of the and diffusion in conventional furnaces, as well the developing of two process sequences for the fabrication of 62 cm2 solar cells with n+ pp+ structure in CZ-Si. The gettering and contamination effects were evaluated by the measurement of the minority carrier lifetime. It was verified that the kind of tube, the value of the initial minorities lifetime and the silicon wafer do not interfere in the value of the minorities lifetime after diffusion of PBF20 dopant, with final average value around 11 μs for all samples. Experimental sheet resistances (R□) shown that the best for dopant deposition must be 3000 rpm and to obtain sheet resistance of 20 Ω/□, convencional diffusion parameteres must be 1000 ºC during 30 minutes. It was developed two processes for the manufacturing of solar cells with boron on back side, formed by PBF20 liquid dopant diffusion in conventional furnaces. In the first implemented process, the boron and phosphorous diffusion were carry out in separated steps. It was evaluated two oxidation processes at 1000 ºC to mask boron doped side from phosphorous diffusion. For a 30 minutes oxidation, the R□ of boron doped region increased to (42 ± 2) Ω/□. However, when the oxidation was performed during 120 minutes, this parameter remained similar to the value before the oxidation. The highest efficiency of industrial cells was 10. 4 % with a fill factor of 0. 74, typical for solar cells with metal grid deposited by screen printing. For 4. 16 cm² solar cells, the highest efficiency was 12. 3 %. The second process developed was focused in the simultaneous diffusion of boron and phosphorous. For the diffusion at 900 ºC during 15 minutes, the top efficiency was 10. 5 %, closer to the value obtained with the process of boron and phosphorous separately diffused. In the diffusion at 1000 ºC, by 30 minutes, the maximum efficiency obtained with this process was 8. 2 %. In the process of codiffusion at 820 ºC during 15 minutes, the averaged of short circuit current density and open circuit voltage were lightly larger than the results, from co-diffusion at 900ºC. However, the best efficiency was 9. 9 %, limited by the fill factor. In summary, it was verified that the boron diffusion by the PBF20 liquid dopant in conventional furnaces limits the minorities carrier and the simultaneous diffusion process of boron and phosphorous allows the manufacturing of 10. 5% efficiency industrial solar cells. / Esta dissertação teve como objetivo otimizar e analisar a formação do campo retrodifusor formado com boro e os efeitos de gettering e de contaminação com a deposição por spin-on do dopante líquido PBF20 e posterior difusão em forno convencional, bem como desenvolver dois tipos de processos para fabricação de células solares de 62 cm² com a estrutura n+pp+ em substratos de Si-CZ. Os efeitos de gettering e de contaminação foram avaliados por meio da medição do tempo de vida dos portadores minoritários. Constatou-se que o tipo de tubo, o valor do tempo de vida dos minoritários inicial e o tipo de lâmina de silício não interferem no valor do tempo de vida dos minoritários após difusão do dopante PBF20, com valor médio final da ordem de 11 μs para todas as amostras. Os resultados experimentais da resistência de folha (R□) mostraram que a melhor velocidade angular utilizada para a deposição do dopante deve ser de 3000 rpm e que para obter a resistência de folha da ordem de 20 Ω/□, a difusão deve ser a 1000 °C durante 30 minutos. Foram desenvolvidos dois processos para fabricação de células solares com boro na face posterior, formado com o dopante líquido PBF20 difundido em forno convencional. No primeiro processo implementado, as difusões de boro e fósforo foram realizadas em processos separados. Foram avaliados dois processos de oxidação a 1000 °C para proteção da face com boro da difusão de fósforo. Para o tempo de oxidação de 30 minutos, a R□ das regiões dopadas com boro aumentou para (42 ± 2) Ω/□. No entanto, quando a oxidação foi realizada durante 120 min este parâmetro permaneceu similar ao valor anterior à oxidação. A maior eficiência das células industriais foi de 10,4 % com um fator de forma de 0,74, típico para metalização por serigrafia. Para células de 4,16 cm², a maior eficiência foi de 12,3%.O segundo processo desenvolvido foi focado na difusão simultânea de boro e fósforo. Com a difusão a 900 ºC durante 15 min, a maior eficiência foi de 10,5 %, muito próxima ao valor obtido com o processo de difusão de boro e fósforo separados. Na difusão a 1000 ºC com duração de 30 min, a eficiência máxima obtida com este processo foi 16 de 8,2%. No processo de co-difusão a 820 ºC durante 15 min, a densidade de corrente de curto-circuito média e a tensão de circuito aberto foram ligeiramente maiores que o resultado para a co-difusão a 900 ºC. No entanto, a melhor eficiência foi de 9,9%, limitada pelo fator de forma. Em resumo, contatou-se que a difusão de boro a partir do dopante líquido PBF20 em forno convencional limita o tempo de vida dos portadores minoritários e que o processo de difusão simultânea de boro e fósforo permite fabricar células solares industriais de 10,5%.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000394278-Texto+Parcial-0.pdf: 2110247 bytes, checksum: 3cc1315ab52301d2409fb534299e297a (MD5) Previous issue date: 2007 / The research of more efficient devices leads to high purity, defect free and, consequently, expensive semiconductor materials. The industry searches for cost effective solar cells, i. e., devices with a good ratio of production cost to conversion efficiency, to become more competitive. Silicon wafers of lower quality could be used to reduce the cost, but wet chemical cleaning processes and gettering mechanisms have to be implemented. The purpose of this work is to analyze chemical cleanings and to evaluate the effect of phosphorus gettering in monocrystalline silicon wafers utilized on solar cell manufacturing. Alternative techniques to the complete RCA cleaning process were analyzed with less steps to compose the cleaning process. Cleaning CR2 was the best sequence, attaining carrier lifetime improvements of 175 %, with an average value of 100 μs. Phosphorus diffusion was carried out by using phosphorus oxychloride (POCl3) as dopant source, at temperatures from 800 ºC to 900 ºC and time of 15, 30 and 45 min. Sheet resistance and minority carrier lifetime were measured, allowing the evaluation of surface passivation and P-gettering. Most of diffusion processes lead to efficient gettering, but the highest lifetime was encountered for processes at 900 ºC. In that case, carrier lifetime increases from 41 μs to 900 μs. / A busca por dispositivos mais eficientes faz com que a pesquisa com semicondutores utilize materiais cada vez mais puros, com menos defeitos e, consequentemente, mais caros. A indústria de células solares busca dispositivos que tenham uma boa razão entre custo de produção e eficiência de conversão para se tornar mais competitiva comercialmente. Para reduzir o custo, podem ser usadas lâminas de silício de menor qualidade, mas processos de limpeza superficial e de remoção e neutralização de impurezas (gettering), devem ser implementados. O objetivo geral deste trabalho é analisar limpezas químicas e os efeitos gerados pelo gettering de fósforo em lâminas de silício monocristalino utilizadas na fabricação de células solares. Foram analisadas limpezas alternativas à RCA completa, diminuindo o número de passos. Observou-se que a limpeza tipo A produziram os melhores resultados comparados às limpezas do tipo B. Destas, a que mais se destacou foi a limpeza CR2, alcançando um aumento no tempo de vida dos portadores minoritários de 175 %, com valor médio final de 101 μs. Utilizando o processo de limpeza desenvolvido, realizaram-se difusões de fósforo a partir do POCl3 (oxicloreto de fósforo), para temperaturas de 800 °C a 900 °C com tempos entre 15 minutos e 45 minutos. Foram realizadas medidas de resistência de folha e do tempo de vida dos portadores minoritários, o qual possibilitou avaliar a passivação superficial e os efeitos do gettering por fósforo. A maioria dos processos de difusão produziu um gettering eficiente e os melhores valores de tempo de vida foram obtidos para processos a 900 °C, sendo que este parâmetro aumentou em média de 41 μs para 900 μs.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000380710-Texto+Completo-0.pdf: 9055678 bytes, checksum: 9499844035bb2fc92c922c994e614b96 (MD5) Previous issue date: 2006 / The Sun is an inexhaustible source of energy and it supplies six times more energy than the world annual consumption. Therefore, fossil resources would be substituted by solar resources. Solar cell is the device that converts solar energy in electric energy. The most common structure is n+pp+, that is, with a n+ emitter and a p+ BSF. The purpose of this work is to optimize the process of obtaining n+ emitter and gettering mechanisms in the diffusion and to implement the electroless metal deposition. Highly doped regions n+ and p+ were optimized by simulation, finding out that 18% efficient solar cells can be obtained, taking into account electroless metal grid and n+ region with sheet resistance from 114 Ω/ to 148 Ω/. The n+ emitter was implemented in a conventional furnace, by using the liquid dopant Phosphorus Film P509, deposited by spin-on. Sheet resistances from 50 Ω/ to 150 Ω/ were obtained, for temperatures from 700 °C to 800 °C and diffusion time from 5 min to 15 min. Phosphorus gettering was studied for the same temperatures and times ranges and we observed that gettering was very effective allowing a 400% improvement in bulk minority carrier lifetime for diffusion at 800 °C during 15 min. With these process parameters, sheet resistance obtained was 80 Ω/. Electroless deposition of nickel, copper and silver was implemented and metal grid was defined by a photolithographic process. Surface activation was optimized considering time and temperature of the solutions during the process. Thick fingers of 10 Sm were achieved and an average electrical resistance of 0,5 Ω was obtained for 3 mm length structures. The fill factor of the solar cells was only 0,50, due to problems of series resistance. The open circuit voltage was from 525 mV to 545 mV, and it was limited mainly by the low bulk minority carrier lifetime. The short circuit current density was 30 mA/cm2 for devices without anti-reflecting coating. With the metal grid deposited by electroless, 10% efficient solar cells were produced. This result is similar to that obtained with metal grid deposited by titanium-silver vacuum evaporation and silver deposition by electroless. / O Sol é uma fonte inesgotável de energia e fornece seis vezes mais energia do que o consumo anual mundial. Sendo assim, seria possível substituir todo o potencial de recursos fósseis pelos recursos solares. O dispositivo que converte energia solar em elétrica é a célula solar. Os objetivos desta dissertação foram implementar e otimizar o processo para obtenção do emissor n+, o processo de gettering bem como a metalização por deposição química sem eletrodos em substrato de silício Czochralski, tipo p. Para isso foram otimizadas, por meio de simulações, a regiões frontal e posterior, constatando-se que é possível obter dispositivos de até 18% de eficiência, para metalizações realizadas por electroless com região n+ de resistência de folha de 114 Ω/a 148 Ω/. Esta região n+ foi implantada em fornos convencionais, empregando o dopante líquido Phosphorus Film P509, fornecido pela Filmtronics, depositado pela técnica de spin-on. Foram alcançadas resistências de folha de 50 Ω/a 150 Ω/, para temperaturas variando de 700 °C a 800 °C e tempo de difusão de 5 min a 15 min. Os valores são próximos aos resultados das simulações, para a obtenção de células de alta eficiência. Os mecanismos de gettering por fósforo foram estudados e avaliados dentro dos mesmos intervalos de tempo e temperatura utilizados para obter o emissor n+. Estes mecanismos são efetivos, apresentando um aumento no tempo de vida dos portadores minoritários de até 400 %, para a temperatura de 800 °C durante 15 minutos. Neste caso, a resistência de folha é 80 Ω/. A metalização por deposição química sem eletrodos, electroless, para níquel, cobre e prata foi desenvolvida para uma estrutura n+pp+. O processo de fotolitografia e ativação superficial foram implementados para otimizar o tempo e a temperatura de imersão nas soluções. Foram obtidas espessuras de trilhas da malha metálica da ordem de 10 μm e a resistência elétrica da estrutura de medida de 3 mm de comprimento é de 0,5 Ω. O fator de forma das células solares fabricadas é 0,50, devido a problemas de resistência série. A tensão de circuito aberto varia entre 525 mV a 545 mV, e é limitada principalmente pelo baixo tempo de vida de portadores minoritários. A densidade de corrente de curto-circuito é 30 mA/cm2, para dispositivos sem filme anti-reflexo. Com a malha metálica formada por electroless, os protótipos de células apresentaram eficiência de 10 %, similar à eficiência das células solares com metalização por evaporação de prata seguida da deposição por electroless.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000421791-Texto+Completo-0.pdf: 1283062 bytes, checksum: e3aff10753365da17e18a35994e82590 (MD5) Previous issue date: 2010 / The Sun is a renewable energy source and its use to produce electricity is one of the promising alternatives to address energy and environmental challenges of the new millennium. Silicon is second most abundant material in Earth. This material is widely used in the manufacturing of solar cells and microelectronic device and it presents low levels of contamination and allows the fabrication of high durability devices. The n-type Si is attracting worldwide interest because of its greater tolerance to impurities such as iron and oxygen, reduced degradation and increased lifetime of the minority carriers. This work focuses on developing a process to fabricate industrial solar cells p+nn+, pseudo-square of 80 mm x 80 mm, by using float zone silicon (FZ-Si) n-type, with metal grid deposited by screen-printing. The p+ region was formed by using boron spin-on dopant diffused in conventional furnaces at high temperature. Doping of p+ region was optimized taking into account the solar cell electrical characteristics. Boro diffusion temperature was varied from 900 ºC to 1020 ºC and diffusion times 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 eficiencies of 14. 6 %. / 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 material mais abundante da Terra. Este material é largamente usado na indústria de células solares e microeletrônica, apresenta baixos índices de contaminações e permite a fabricação de dispositivos de alta durabilidade. O Si tipo n vem despertando o interesse mundial devido a sua maior tolerância a impurezas, tais como ferro e oxigênio, por apresentar degradação reduzida e maior tempo de vida dos portadores minoritários. 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, sobre silício crescido por fusão zonal flutuante (Si-FZ) tipo n, com metalização por serigrafia. A região p+ foi produzida a partir de boro depositado por spin-on e difundido a alta temperatura em forno convencional. A dopagem da região p+ foi otimizada considerando as características elétricas das células solares. A temperatura de difusão foi variada de 900 ºC a 1020 ºC e os tempos de 10 min a 40 min. A passivação de superfície foi implementada utilizando SiO2 o que demonstrou não ser eficaz para reduzir a recombinação de superfície. Os melhores dispositivos foram fabricados com difusão de boro a 1000 ºC por 30 min, sem passivação de superfície, atingindo-se eficiências de 14,6 %.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000445207-Texto+Completo-0.pdf: 16170539 bytes, checksum: 41842e991640c224b673f681192cc03b (MD5) Previous issue date: 2013 / Research has been carried out for the development and manufacturing of solar cells in n-type silicon wafers, and one of the key issues for this development is the surface passivation of boron doped emitter in the p+nn+ structure. An alternative to the passivation of p+-type surfaces is the implementation of a floating junction, ntype, to reduce the surface recombination. The aim of this work was to implement a n+ region on the front surface of industrial solar cells p+nn+ by using a simplified method, producing the (n+)p+nn+. Liquid dopants deposited by spin-on were used and the diffusion thermal process was performed in a belt furnace in order to obtain the floating n+ region. Front metal grid based on Ag or Ag/Al was deposited by screenprinting and it etched-through the n+ region to establish the frontal contact of the (n+)p+nn+, creating a floating n+ region between the metal fingers. Diffusion temperature and belt speed were varied in order to obtain a n+ region that inverted the p+ emitter surface. It was observed that inversion only was confirmed by hot probe test for a diffusion temperature (TD) of 900 °C and belt speed (V E) of 50 cm/min, with two passes through the furnace. However, the processes carried out in the same temperature and VE = 50 cm/min, 100 cm/min and 133 cm/min presented phosphorus profiles (measured by ECV, electrochemical capacitance-voltage profiling) that can produce inversion of the surface p+ to n+.The best solar cell fabricated with n+ region on p+ was processed with TD = 900 °C and V E = 133 cm/min and presented the following electrical characteristics: VOC = 573 mV, JSC = 33. 4 mA/cm2, FF = 0,51 and h= 9. 6%. By one- and two-dimensional simulations of the (n+)p+nn+ structure, it was confirmed that the produced solar cells presented low shunt resistance due to the leakage currents in the n+ region deposited on the emitter which decreased the cell efficiency when compared with those with p+nn+ structure. / Pesquisas têm sido realizadas para o desenvolvimento e fabricação de células solares em lâminas de silício tipo n, sendo que uma das questões chave para esse desenvolvimento é a passivação da superfície do emissor dopado com boro na estrutura p+nn+. Uma alternativa para a passivação de superfícies de tipo p+ é a implementação de uma junção flutuante, tipo n, para reduzir a recombinação em superfície. O objetivo desse trabalho foi implantar, por um método simplificado, regiões tipo n+ sobre a superfície frontal de células solares p+nn+ industriais, formando a estrutura (n+)p+nn+. Para produzir experimentalmente a região n+ flutuante, usaram-se líquidos dopantes depositados por spin-on e realizou-se o processo térmico de difusão em forno de esteira. A malha metálica frontal de Ag ou Ag/Al foi depositada por serigrafia e perfurou a região n+ para estabelecer o contato frontal da célula (n+)p+nn+, formando-se uma região n+ flutuante entre as trilhas metálicas. Foram variadas a velocidade de esteira e a temperatura, durante o processo de difusão de fósforo, a fim de obter uma região n+ que invertesse superficialmente a região p+. Observou-se que a inversão da região p+ para n+ somente se confirmou pela técnica da “ponta quente” para uma temperatura de difusão (TD) de 900 ºC e velocidade de esteira (VE) de 50 cm/min, com duas passagens pelo forno. No entanto, as medidas de perfis realizadas indicaram que processos na mesma temperatura e VE = 50 cm/min, 100 cm/min e 133 cm/min, também poderiam produzir uma inversão da superfície de p+ para n+. A melhor célula solar fabricada com região n+ sobre p+ foi processada com TD = 900 °C e V E= 133 cm/min e apresentou as seguintes características elétricas: VOC = 573 mV, JSC = 33,4 mA/cm2, FF = 0,51 e h = 9,6 %. Utilizando simulações uni e bidimensionais da estrutura (n+)p+nn+ confirmou-se que as células solares produzidas obtiveram baixa resistência em paralelo devido a correntes de fuga na região n+ depositada sobre o emissor e que diminuíram a eficiência das células quando comparadas com aquelas de estrutura p+nn+.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 000415932-Texto+Completo+Anexo+A-1.pdf: 16364544 bytes, checksum: 8bf59c1726978a4ae555771637be03b2 (MD5) 000415932-Texto+Completo-0.pdf: 3172710 bytes, checksum: 32c00960607f5a28c027a3959111d56c (MD5) Previous issue date: 2009 / Bifacial solar cells are active on both faces and when associated to optical concentrators can reduce the cost of photovoltaic moduls. The purpose of this work was to develop fabrication processes to obtain industrial bifacial solar cells on Si-Cz, p-type wafers, with 62 cm2 and metal grid deposited by screen-printing. Devices were developed with n+pn+ and n+pp+ structures. For cells without back surface field (n+pn+), the deposition of Al/Ag paste on the rear face, above or under the antireflection coating, do not affect the results and a low front face efficiency of 6. 1 % was measured. For the process with Al selective emitter, we concluded that Al paste has to be deposited directly on the silicon wafer, producing solar cells with efficiency of 11. 5 % and 1. 2 %, for front face and rear face illumination, respectively. Rear p+ region in n+pp+ cells was formed by boron diffusion. For diffusion processes of boron at 1000 °C with BBr3 as doping source, we observed that 0. 1 % of BBr3 in the furnace ambient results in cells similar to that produced with 0. 07 % of BBr3, a standard value. Best bifacial cell achieve efficiencies of 12. 2 % for frontal illumination and 5. 4 % for rear illumination. Three BBr3 concentrations, that is, 0. 07 %, 0. 1 % and 0. 15 %, were used for boron diffusion at 900 ºC. We observed that concentration of 0. 1% produced the better cells, obtaining efficiencies of 12. 8 % and 8. 4 % (front/rear face). Solar cells processed with the same fabrication sequence but using liquid dopant PBF20 deposited by spin-on instead of BBr3 produced 13. 4 % and 9. 4 % efficient solar cells, for frontal and rear face illumination, respectively. These results are similar to that obtained with boron diffusion based on BBr3.Best cell was fabricated following a sequence process with an only step for boron diffusion and oxide growth, presenting efficiencies of 14. 3 % and 10. 9 %. Concerning number of dopant layers and how it is dried, we observed that for one layer best results are obtained for horizontal position in the dry oven. However, for double layer, vertical distribution in the dry oven allows the production of cells with higher efficiency. / A célula solar bifacial é ativa em ambas as faces e associada a sistemas ópticos de concentração possibilita redução de custo. Este trabalho centrou-se no desenvolvimento de processos para fabricação de células solares bifaciais industriais, de 62 cm2 com metalização por serigrafia em Si-Cz, do tipo p. Foram desenvolvidos dispositivos com as estruturas n+pn+ e n+pp+. Para as células solares sem formação de campo retrodifusor (n+pn+), verificou-se que a deposição da malha de Al/Ag na face posterior sobre ou sob o filme antirreflexo (AR) não afeta os resultados e a eficiência, de 6,1 % na face frontal, é baixa. Para os processos com emissor seletivo de Al, verificou-se que a pasta de Al deve ser depositada diretamente sobre o substrato de Si, resultando em células solares com eficiência de 11,5 % e 1,2 %, para a face frontal e posterior, respectivamente. Nas células n+pp+ a região posterior foi formada com boro. Nos processos com difusão de boro a 1000 °C com BBr3, verificou-se que com a concentração de 0,1 % de dopante no ambiente do forno as células solares apresentam parâmetros elétricos próximos aos obtidos com concentração de 0,07 %. A melhor célula bifacial apresentou a eficiência de 12,2 % na face frontal e 5,4 % na face posterior. Para a difusão a 900 °C, analisaram-se as concentrações de BBr3 de 0,07 %. 0,1 % e 0,15 %. Constatou-se que as melhores eficiências de 12,8 % e 8,4 %, ocorrem para a concentração de 0,1 %. As células solares fabricadas com o mesmo processo, porém com formação da região p+ com o dopante líquido PBF20, depositado por spin-on, apresentaram eficiências de 13,4 % e de 9,4 %, similares às do processo com BBr3.A melhor célula solar foi processada com passo térmico único para a difusão de boro e oxidação, atingindo as eficiências de 14,3 % e 10,9 %. Observou-se que para deposição de uma única camada do filme do dopante, os melhores resultados ocorrem quando as lâminas são secadas na estufa na posição horizontal. Porém, com filme duplo e secagem na posição vertical foram alcançadas maiores eficiências.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000433800-Texto+Completo-0.pdf: 7490871 bytes, checksum: d20f63bf6a8349b832e9ae982f4f6b0a (MD5) Previous issue date: 2011 / The goal of this work is to develop and optimize industrial processes for manufacturing n+pn+ and n+pp+ silicon solar cells by using p-type multicrystalline Si wafers. Besides the optimization of n+ region, the p+ region was experimentally optimized with aluminum for obtaining the second structure. The innovation of this work consists in the development of n+pp+ solar cells in multicrystalline silicon with screen-printing metallization, by using only one thermal step for phosphorus and aluminum diffusion and in the comparison of cells n+pn+ and n+pp+. In this work, the isotropic texturing using acid solution was optimized. A texturing process using laser radiation was implemented in order to compare the results with the reflectance obtained by texturing in acid solution. We obtained the average reflectance of 23 % for the texturing with acid solution and 19. 6 % for the process with laser radiation. The time of texturing process with laser radiation is high, increasing the process cost. Therefore the process with acid solution was chosen. The average efficiency of the n+pn+ solar cells without texturing was 11. 3 %. The efficiency increased 2 % (absolute) when the texturing process by acidic solution was implemented. For the developed process of cells without back surface field, the highest efficiency achieved was 13. 8 %, with JSC = 29. 3 mA/cm2, VOC = 595 mV and FF = 0. 79.The highest efficiency found for n+pp+ cells was 14. 1 % and the electric parameters value were: JSC = 30. 2 mA/cm2, VOC = 592 mV e FF = 0. 78. It was concluded that the BSF region does not cause significant improvement in the efficiency of the devices and the small difference between the efficiency obtained with the best n+pn+ and n+pp+ cells is due to the highest short-circuit current density provided by Al BSF in n+pp+ solar cells. / Este trabalho tem como objetivo desenvolver e otimizar processos industriais para a fabricação de células solares em silício multicristalino tipo p com estruturas n+pn+ e n+pp+. Para a obtenção da segunda estrutura, além da região n+, foi necessário otimizar experimentalmente a região p+ com difusão de alumínio. A inovação deste trabalho consiste no desenvolvimento de células solares n+pp+ em silício multicristalino e com metalização por serigrafia, utilizando apenas um único passo térmico para a difusão dos dopantes fósforo e alumínio, e na comparação das células desenvolvidas n+pn+ e n+pp+. Neste trabalho, foi otimizado o processo de texturação isotrópico utilizando solução ácida. Um processo de texturação por radiação laser foi implementado e os resultados foram comparados com a refletância resultante da texturação em solução ácida. Obteve-se refletância média de 23 %, para o processo com solução ácida, e de 19,6 % para o processo com radiação laser. O tempo de processamento da texturação com radiação laser é elevado, encarecendo o processo. Portanto, optou-se pelo processo com ataque químico ácido. Constatou-se que a eficiência média de células solares n+pn+ sem texturação foi de 11,3 %, aumentando em 2 % (absoluto), quando foi implementada a texturação em solução ácida. Para o processo desenvolvido para fabricação de células sem campo retrodifusor, a maior eficiência alcançada foi de 13,8 %, com JSC = 29,3 mA/cm2, VOC = 595 mV e FF = 0,79. A eficiência máxima encontrada para células n+pp+ foi de 14,1 % e os valores dos parâmetros elétricos foram: JSC = 30,2 mA/cm2, VOC = 592 mV e FF = 0,78. Concluiu-se que a região de BSF não provoca melhora significativa na eficiência dos dispositivos, e que a pequena diferença entre as eficiências obtidas com as melhores células n+pn+ e n+pp+ devese a maior densidade de corrente de curtocircuito apresentada pelo dispositivo com BSF de Al.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000444963-Texto+Completo-0.pdf: 9592345 bytes, checksum: 74cbee3ddae4f6f5a8a66652e26a4072 (MD5) Previous issue date: 2012 / The main objective of this work was to fabricate and to characterize static concentrator photovoltaic modules (MEC-P) with bifacial solar cells and diffuse reflector. PV concentrator modules and PV standard modules with the same solar cell area were installed in a stand-alone PV system at 1. 5 years and these were electrically characterized after the solar radiation exposure. The PV systems were monitored, measuring the irradiance (total and ultraviolet) at the same plane of PV modules, the voltage of battery, the electric current to the load and the electrical voltage and current of PV modules. Two PV concentrators were manufactured with dimensions of 775 mm x 690 mm x 70 mm (length x width x thickness) and with 36 bifacial solar cells with 80 mm x 80 mm, soldered in series. With cells whose average efficiency was (13. 8 ± 0. 2) % and (13. 2 ± 0. 2) % for front and rear mode illumination, respectively, one module with efficiency of 7. 8 % was fabricated. By using solar cells of (13. 7 ± 0. 2) % / (13. 1 ± 0. 3) % for front / rear illumination mode, the efficiency achieved by the PV module was 7. 6 %.It was estimated that the temperature of the solar cells in PV module concentrators was about 5 °C to 9 °C higher than that of PV standard modules with the same type of glass and similar lamination materials. The PV concentrators were subjected to total radiation of around 1. 9 MWh/m² (6. 84 x 109 J/m²) for 1. 5 years and presented no degradation of their visual appearance as well as its electrical characteristics. The PV stand-alone system installed with MEC-P modules showed a monthly average efficiency of (6. 5 ± 1. 0) % in the period in which the load was held constant. The efficiency was 1. 0 % lower than that obtained with the modules MEC-P was due to the higher operating temperature, the higher reflectance of solar radiation when the PV modules are installed on the tilted plane and has variation of the angle of incidence during the day, the resistive losses in the system and because in the calculation of system efficiency it was considered the electrical energy produced and stored. / O objetivo principal deste trabalho foi fabricar e caracterizar módulos fotovoltaicos concentradores estáticos (MEC-P) com células solares bifaciais e refletor difuso. Módulos fotovoltaicos concentradores e módulos convencionais com a mesma área de células foram instalados em sistemas fotovoltaicos isolados por aproximadamente 1,5 anos e os mesmos foram caracterizados eletricamente após o período de exposição à radiação solar. Os sistemas fotovoltaicos foram monitorados, medindose a irradiância (total e ultravioleta) no plano dos módulos, a tensão do banco de baterias, a corrente elétrica na carga, a tensão e a corrente elétricas dos módulos fotovoltaicos. Dois módulos fotovoltaicos concentradores foram construídos com as dimensões de 775 mm x 690 mm x 70 mm (comprimento x largura x espessura) e com 36 células solares bifaciais de 80 mm x 80 mm, soldadas em série. Com células cuja eficiência média foi (13,8 ± 0,2) % e (13,2 ± 0,2) % para iluminação pela face frontal e posterior, respectivamente, fabricou-se um módulo com eficiência igual a 7,8 %. Com células de (13,7 ± 0,2) % / (13,1 ± 0,3) % para iluminação frontal/posterior, a eficiência alcançada pelo módulo foi de 7,6 %.Estimou-se que a temperatura das células solares nos módulos concentradores foi da ordem de 5 ºC a 9 ºC maior que a de células solares em módulos convencionais com o mesmo tipo de vidro e materiais de encapsulamento similares. Os módulos concentradores foram submetidos à radiação total de aproximadamente 1,9 MWh/m2 (6,84 x 109 J/m²) durante 1,5 anos e não apresentaram nenhuma degradação de seu aspecto visual bem como de suas características elétricas. O sistema fotovoltaico isolado instalado com módulos MEC-P apresentou uma eficiência média mensal de (6,5 ± 1,0) % no período em que a carga foi mantida constante. A eficiência de 1 % abaixo da obtida com os módulos MEC-P foi devida à maior temperatura de operação, a maior refletância da radiação solar quando os módulos são instalados no plano inclinado e há variação do ângulo de incidência durante o dia, às perdas resistivas no sistema e porque no cálculo da eficiência do sistema foi considerada a energia elétrica produzida e armazenada.