Orientadora: Profa. Dra. Leni Akcelrud / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 18/03/2013 / Bibliografia: fls. 113-124 / Área de concentraçao: Engenharia e Ciencia de Materiais / Resumo: A variação das propriedades físicas e eletrônicas geradas pela inserção de grupamentos doadores e aceptores de diferentes eletroafinidades na cadeia polimérica foi investigada através da síntese de copolímeros conjugados contendo fluoreno e as unidades heterocíclicas etilenodioxitiofeno (EDOT), tiofeno (TH) e benzotiadiazol (Bz), em duas formas de encadeamento: na primeira os comonômeros foram dispostos de maneira alternada formando as estruturas P(FEd), P(FTh) e P(FBz), e na segunda os pares constituintes da primeira séria foram conectados de forma aleatória formando as estruturas: P(FEd - FTh) e P(FEd - FBz), onde os pares conservaram a mesma proporção empregada na síntese (1:1). Assim, tanto a natureza química como a configuração estrutural foram variadas de maneira sistemática. O efeito destas variações sobre as propriedades eletro-ópticas foi investigado através de medidas térmicas, ópticas, eletroluminescentes, eletroquímicas e fotovoltaicas dos materiais. Os copolímeros alternados apresentaram melhor desempenho fotovoltaico, em comparação com os aleatórios, e o oposto foi verificado em relação às propriedades de eletroluminescência, o que foi atribuído a diferenças no nível de organização macromolecular. Contrariamente ao esperado, os copolímeros com configuração doador-aceptor (D- A) e os aleatórios, com menor gap não apresentaram o melhor desempenho fotovoltaico. Este resultado foi discutido levando-se em consideração morfologia, massa molar, intensidade de absorção e ordenamento macromolecular. O copolímero alternado P(FBz) não apresentou atividade eletroluminescente detectável, provavelmente devido a sua baixa intensidade de absorção. / Abstract: The variation of the physical and electronic properties brought about by the insertion of donor/acceptor groups of different electroaffinities in a polymer backbone were investigated through the synthesis of conjugated copolymers containing fluorene and the following heterocyclic units: ethylenedioxythiophene (EDOT), thiophene (Th) and benzothiadiazole (Bz), in two different enchainments: In the first the comonomers were placed in an alternated way forming the structures P(FEd), P(FTh) and P(FBz), and in the second the building pairs of the first series were connected in a random configuration, forming the structures P(FEd - FTh) and P(FEd - FBz) in which the pairs were present in the same ratio as in the synthesis monomer feed (1:1). This way either the chemical nature as the monomer distribution along the chain were systematically varied.The effect of these variations upon the electro-optical properties was investigated through thermal, optical, electroluminescent, electrochemical and photovoltaic measurements. The alternated copolymers presented better photovoltaic performance as compared to the random ones, and the opposite was verified for the electroluminescent properties, which was assigned to differences at the organization level. Differently of the anticipated behavior, the alternate copolymers with lower gap and donor/acceptor (D-A) character were not the better photovoltaic materials.This result was discussed taking into account the morphology, molar mass, absorption intensity and macromolecular organization. The alternated copolymer P(FBz) did not show any detectable electroluminescence probably due to its low absorption intensity.

Made available in DSpace on 2013-10-11T13:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000451353-Texto+Completo-0.pdf: 20017308 bytes, checksum: 296ffb9862c776426e68e43169d40c26 (MD5) Previous issue date: 2013 / 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.

Made available in DSpace on 2015-02-04T01:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000465042-Texto+Completo-0.pdf: 1247743 bytes, checksum: b3674abb15c6f86607716451b781b2ce (MD5) Previous issue date: 2015 / The thin bifacial solar cells are a promising opportunity to reduce costs in manufacturing solar cells. These devices take advantage of solar radiation more efficiently by using the both sides of the solar cell to produce electricity. This study aimed to analyze the type of substrate, n and p, for the manufacture of thin bifacial solar cells with silicon substrate Czochralski (Cz-Si) with a thickness of 130 μm. The wafers, provided by the company Meyer Burger, were obtained by wire cutting process. The evaluation of the influence of texture processing time on the wafer, the diffusion/firing temperature optimization of metallic pastes deposited by screen printing and finally the comparison of the electrical parameters of solar cells with those from thin bifacial manufactured devices obtained by etching were performed. From a standard process of NT-Solar texture etch, two immersion times were tested, 50 min and 60 min, and the former showed the lowest weighted average reflectance and devices with higher short circuit density. The diffusion/firing of Ag and Al metallic pastes have been optimized considering the thermal processing temperature in the range between 850 ° C and 890 ° C. It was observed that the highest average efficiency were between 860 ° C and 870 ° C. The best performance were observed in the cells fabricated with phosphorous emitter in front and boron rear side, i. e., the structure n+np+ and n+pp+, and the efficiencies in front side was 12. 8% and 13. 6%, respectively and in the rear side 10. 4 % and 9. 0 %, respectively. By comparing these results with solar cells obtained by similar processes using chemical thinned wafers, the n+np+ structure had 1 % lower efficiency and the n+pp+ one presented similar efficiency values. Regarding the type of substrate, it can be concluded that the solar cells fabricated with the n-type substrate showed higher bifaciality, but the most efficient was manufactured with p-type silicon. / As células solares bifaciais finas representam uma oportunidade promissora para reduzir os custos na fabricação de células solares ao aproveitar a radiação solar de maneira mais eficiente utilizando as duas faces do dispositivo para produzir energia elétrica. Este trabalho teve como objetivo a análise do tipo de base, n e p, para fabricação de células solares bifaciais finas com substrato de silício Czochralski (Si- Cz) com espessura da ordem de 130 μm obtidas após processo de corte a fios e fornecidas pela empresa Meyer Burguer. Foi realizada a avaliação da influência do tempo de processo de texturação, a otimização da temperatura de queima/difusão das pastas metálicas depositadas por serigrafia e, por fim, a comparação dos parâmetros elétricos das células solares com os obtidos em dispositivos bifaciais fabricados em lâminas finas obtidas por ataque químico. A partir de um processo de texturação padrão do NT-Solar dois tempos de imersão foram testados, 50 min e 60 min, sendo que o primeiro produziu a menor refletância média ponderada e os dispositivos com maior densidade de corrente de curto-circuito. A queima das pastas metálicas de Ag e Al foi otimizada considerando a temperatura do processo térmico no intervalo entre 850 °C e 890 °C. Observou-se que a maior eficiência média se encontra entre 860 °C e 870 °C. As células solares mais eficientes foram as fabricadas com a região frontal dopada com fósforo e a posterior dopada com boro, isto é, as estruturas n+np+ e n+pp+ com eficiências frontal de 12,8 % e 13,6 %, respectivamente, e eficiência posterior de 10,4 % e 9,0 %, respectivamente. Ao comparar estes resultados com células solares obtidas por processos similares e fabricadas com lâminas de outros fabricantes a estrutura n+np+ apresentou eficiência 1 % menor e a estrutura n+pp+ apresentou valores similares. Quanto ao tipo de substrato, as células solares fabricadas com o tipo n apresentaram melhor bifacialidade, mas as mais eficientes foram as fabricadas com silício tipo p.

Made available in DSpace on 2015-02-13T01:00:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000465177-Texto+Completo-0.pdf: 2199385 bytes, checksum: 7e39de6eac33d2dfd74591983c10103d (MD5) Previous issue date: 2015 / This work was focused on the development of silicon solar cells with laser fired contacts and rear face passivation. Several processes were developed based on two different p-type silicon substrates. The objective was to develop a solar cell manufacturing process with laser fired contacts and aluminum deposited by evaporation, as well as to assess the rear passivation. In Si-Cz wafers, the phosphorus diffusion was performed at 865 °C. From the power and the frequency experimental optimization in Si-Cz wafers, it was found that the efficiency of 13. 1 % was obtained with 15 W of power and 80 kHz of frequency. The efficiency of 14. 5 % was achieved from the annealing temperature of 350 °C and belt speed of 66 cm/min. The experimental optimization of the distance between the dots and the contact area of the dots resulted on 14. 1 % efficiency, for the distance between dots of 0. 5 mm and the dot area contact of 7230 μm2. For the PV-Si-FZ substract, with the best diffusion temperature of 875 °C, the efficiency of 14. 0 % was obtained. It was found that the efficiency for Si-Cz and Si-FZ solar cell was similar, due to the low minority charge carrier lifetime. The deposition of a TiO2 film on the rear side resulted in an increase of the fill factor and efficiency, however the increase of the silicon oxide layer reduced the efficiency of the devices. / Neste trabalho foram desenvolvidas células solares de silício com contatos formados por radiação laser e passivação na face posterior. Para isso, foram desenvolvidos processos para produção de células solares a partir de lâminas de silício tipo p de dois tipos diferentes de substrato. O objetivo foi desenvolver um processo de fabricação de células solares com contato e difusão posterior formado em pontos por radiação laser e alumínio depositado por evaporação bem como avaliar a passivação na face posterior. Em lâminas de Si-Cz, a difusão de fósforo foi realizada a 865 °C. Da otimização experimental da potência e da frequência do sistema laser em lâminas de Si-Cz, constatou-se que a eficiência de 13,1 % foi obtida com a potência de 15 W e frequência de 80 kHz. Obteve-se a eficiência de 14,5 % para a temperatura de recozimento 350 °C e a velocidade de esteira de 66 cm/min. A otimização experimental da distância entre pontos e da área dos pontos de contato, resultou na eficiência de 14,1 %, para a distância entre pontos de 0,5 mm e área dos pontos de contato de 7230 μm2. Para substratos de PV-Si-FZ, a melhor temperatura de difusão de fósforo foi de 875 °C e obteve-se a eficiência de 14,0 %. Constatou-se que a eficiência foi similar para células solares processadas em lâminas de Si-Cz e PV-Si-FZ, devido o baixo tempo de vida dos portadores de carga minoritários. A deposição de um filme de TiO2 na face posterior resultou em um aumento no fator de forma e da eficiência, porém o aumento da camada de óxido de silício reduziu a eficiência dos dispositivos.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000446087-Texto+Completo-0.pdf: 2601196 bytes, checksum: 9b517c13bef691d2323945d0aa6cf768 (MD5) Previous issue date: 2013 / The goal of this work was to develop solar cells with aluminum back surface field by using the aluminum paste PV 381. Specifically, the influence of the metallization process on the rear was evaluated, the firing temperature of the metallization pastes and diffusion of Al was experimentally optimized, solar cells with phosphorus diffusied on the front face and on both sides were compared, the effect of passivation in the region of the back surface field and the surface density of the Al paste deposited on the back surface field were evaluated. Cells processed with phosphorus diffusion on both sides and rear metallization with busbars deposited before the deposition of the paste Al on all surface with exception of the regions with the busbars presented the best results. The best cell with an efficiency of 13. 6 % was processed with temperature for drying the paste of Ag and Al of 300 ° C and 270 ° C respectively. The belt speed during the firing of the pastes affects slightly the efficiency of the devices. The initial minority carrier lifetime increased of 30 μs to 120 μs, after diffusion of phosphorus and remained at the value of about 200 μs after drying and firing the three metallization pastes. For solar cells with only diffusion of phosphorus on the front face, the silicon dioxide passivation on rear face reduced the efficiency. The best average efficiency of 15 % was obtained with aluminum diffusion/firing at 840 °C and 870 °C in devices with two layers of Al paste. Electrical parameters of the best solar cell were: Voc = 592 mV, Jsc = 33. 5 mA/cm2, FF = 0. 76 and efficiency of the 15. 1 %. In this case, the average minority carrier diffusion length was of 1280 μm. / O objetivo deste trabalho foi desenvolver células solares com campo retrodifusor de alumínio, a partir da pasta de alumínio PV 381. Especificamente, avaliou-se a influência da metalização na face posterior, otimizou-se experimentalmente a temperatura de queima das pastas de metalização e da difusão de Al, compararam-se células solares com difusão de fósforo na face frontal e em ambas as faces, avaliou-se a influência da passivação na região do campo retrodifusor e da densidade superficial da pasta de Al que forma o campo retrodifusor. As células processadas com difusão de fósforo em ambas as faces e metalização posterior com barras coletoras depositadas antes da pasta de Al depositada em toda a superfície com exceção das regiões com as barras coletoras apresentaram os melhores resultados. A melhor célula, com eficiência de 13,6 %, foi processada com a temperatura para a secagem da pasta de Ag e de Al de 300 °C e de 270 °C, respectivamente. Constatou-se que a velocidade da esteira nos processos de queima das pastas metálicas praticamente não afetou a eficiência dos dispositivos. O tempo de vida dos portadores de carga minoritários inicial de 30 μs aumentou para 120 μs, após a difusão de fósforo e permaneceu com o valor de aproximadamente 200 μs após a secagem e queima das três pastas metálicas. Para células solares com difusão de fósforo somente na face frontal, a passivação com dióxido de silício na face posterior piorou a eficiência. A melhor eficiência média, de 15 %, foi obtida com a temperatura de queima/difusão de 840 °C e 870 °C, em dispositivos com duas camadas de pasta de Al. Os parâmetros elétricos da melhor célula solar foram: Voc = 592 mV, Jsc = 33,5 mA/cm2, FF = 0,76 e eficiência de 15,1 %. Neste caso, o comprimento de difusão dos portadores de carga minoritários médio foi de 1280 μm.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000384224-Texto+Completo-0.pdf: 10046460 bytes, checksum: 1e0f6b329140d03ad3c7c7a4f67be55e (MD5) Previous issue date: 2006 / The direct conversion of solar energy into electric power using solar cells have been taking place to solve problems related to energy demand. High efficiency industrial solar cells made on silicon wafer have n+pp+ structure and they can be used as bifacial cells when bulk lifetime is high. This way, with the same material, cells can produce higher power when it is associated to PV concentrators. The aim of this work was to implement and optimize a process to fabricate bifacial solar cells by using rapid thermal furnaces and screen-printing. We have optimized, by simulation, devices of 4 cm2 with different surface dopant concentration and junction depth taking into account the surface recombination velocity and the series resistance. We found out that efficiencies of around 15,6 % and 15,5 % can be obtained for n+ and p+ illumination, respectively. Phosphorous and boron were carried out in a only rapid thermal step. The parameters of best thermal step were investigated by using sheet resistance and minority carrier lifetime measurements. The optimum thermal step has to be made at peak temperature of 850 °C during 1 minute resulting in sheet resistance of 35 Ω/߷ and minority carrier lifetime of 80 μs. Screen-printing was implemented and firing parameters were optimized. Best efficiencies have been achieved when pastes were dried at 150 °C for one minute of processing and fired at 950 °C during one minute too. Although the metal deposition was optimized, high series resistance has been observed in I-V characteristics of the solar cells that we attribute to contact resistance. Best device reached efficiency of 10,2 % (JSC of 30,3 mA/cm2) for n+ illumination and 2,4 % for p+ illumination. / A conversão direta de energia solar em eletricidade utilizando células solares vem se destacando como uma das alternativas para solucionar os problemas atuais e futuros da demanda energética. Células solares industriais de alta eficiência fabricadas sobre lâminas de silício com a estrutura n+pp+ podem ser bifaciais quando o tempo de vida dos portadores minoritários no volume é elevado. Desta forma, com a mesma quantidade de material, a célula pode produzir mais potência elétrica, principalmente quando associadas a concentradores fotovoltaicos. O objetivo deste trabalho foi implementar e otimizar um processo para fabricação de células solares bifaciais utilizando fornos de processamento térmico rápido e metalização serigráfica. Foram otimizados, por meio de simulação, dispositivos de 4 cm² com diferentes concentrações de dopante em superfície e profundidades de junção, levando em consideração a velocidade de recombinação em superfície e a resistência série. Foram obtidas eficiências de 15,6 % e 15,5 % para iluminação nas faces n+ e p+, respectivamente. O fósforo e o boro foram difundidos em um único passo térmico. Os melhores parâmetros térmicos (tempo, temperatura e gases) foram investigados por meio da medida da resistência de folha e do tempo de vida dos portadores minoritários. O passo térmico ótimo deve ser realizado à temperatura de 850 °C durante 1 minuto, resultando na resistência de folha de 35 Ω⁄□ e tempo de vida dos portadores minoritários de 80 μs. A serigrafia foi implementada e os parâmetros de recozimento das pastas foram otimizados. As melhores eficiências foram alcançadas quando as pastas foram secas a 150 °C durante um minuto de VIII processamento e recozidas a 950 °C também durante um minuto. Embora a deposição do metal tenha sido otimizada, altas resistências série foram observadas nas características I-V das células solares, que são atribuídas à resistência de contato. O melhor dispositivo apresentou a eficiência de 10,2 % (JSC de 30,3 mA/cm2) para iluminação pela face n+ e de 2,4 % pela face p+.

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.