Nesta tese foram desenvolvidas células solares bifaciais finas em silício monocristalino tipo p com estrutura n+pp+, com região p+ formada por alumínio e boro, depositados por serigrafia e spin-on, respectivamente.
Lâminas finas com espessuras, da ordem de 150 µm, foram obtidas por meio de um método de afinamento de lâminas baseado em solução com hidróxido de potássio, sendo que a solução que apresentou os melhores resultados foi composta de 1600 mL de água deionizada e 210 g de KOH, mantida a 90 °C. Observou-se que para reduzir a espessura inicial de aproximadamente 561 µm para (146 ± 4) µm, foram necessários 110 min.
No que se refere ao processo de texturação, concluiu-se que o melhor resultado para lâminas finas de silício Cz usadas nesta tese consiste em banho a temperatura de 90 ºC, 1600 mL de água DI, 146 mL de IPA e 85 g de KOH durante 40 min, o que produz uma refletância média de 11,2 % no intervalo de comprimentos de onda de 400 nm a 1050 nm e altura das micropirâmides de aproximadamente 4 µm.
O uso da pasta de alumínio (PV381) permitiu a produção de células mais eficientes que com a pasta de prata/alumínio (PV202) e a temperatura ótima de difusão/queima foi de 840 ºC para células sem óxido e de 850 ºC para células com óxido de 10 nm em ambas as faces.
Da comparação dos parâmetros elétricos das células solares bifaciais finas com óxido crescido e reduzido, concluiu-se que os dispositivos passivados com uma camada de SiO2 crescido em alta temperatura apresentaram os melhores resultados
para VOC e JSC. As melhores células atingiram eficiências de 12,3 % para iluminação
pela face frontal n+ e de 1,7 % para iluminação pela face posterior de tipo p.
A difusão de fósforo nas lâminas de Si-Cz, a partir de POCl3 realizou
gettering, porém, a metalização degradou o tempo de vida dos portadores
minoritários e as lâminas apresentaram no final do processamento valores similares aos iniciais.
A implementação da dopagem com boro na face posterior, nos processos α e β, acarretou numa melhora das características elétricas das células devido ao efeito de BSF na face dopada com boro.
No processo α, em que o boro foi difundido depois do fósforo, constatou-se que a junção pn foi mais profunda e houve aumento da espessura da “zona morta” na região n+, elevando a recombinação nesta região e reduzindo a corrente de curto- circuito das células solares quando comparadas com aquelas sem dopagem com boro. Com iluminação pela face p+, observou-se um aumento de 6,6 % na eficiência para células de Si-Cz.
As células solares mais eficientes foram fabricadas com o processo β, isto é, em que o boro foi difundido antes do fósforo. Este processo foi implementado com diferentes tempos de difusão de fósforo. O primeiro teste, que consistiu em um processo térmico com 60 min com POCl3 no ambiente do forno e 60 min de
redistribuição (sem POCl3), mesmo parâmetro utilizado no processo α, obteve uma
resistência de folha de 33 Ω/□ e, a maior eficiência alcançada para células solares bifaciais finas de Si-Cz sem óxido foi de 13,7 % quando iluminado pela face n+ e 8,9 % pela face p+. O segundo processo de difusão de fósforo teve como objetivo diminuir a espessura da “zona morta” e, desta forma, foi realizada a difusão deste elemento com 60 min de POCl3 e 10 min de redistribuição, chegando-se a uma R□=
43 Ω/□. A maior eficiência obtida com células solares fabricadas com Si-Cz e com este processo β “modificado” foi de 14,0 % com iluminação pela face n+ e 10,4 % pela face p+ sem SiO2, com filme antirreflexo em ambas as faces. Em células
solares com Si-Cz e com camada passivadora de SiO2 de 10 nm de espessura,
células sem óxido, o fator de forma limitou a eficiência dos dispositivos tendo-se atingido 13,4 % para iluminação pela face n+ e 10,0 % para iluminação pela face p+. Esta redução em FF é devida a uma resistência em série acima do observado em outras células solares fabricadas neste trabalho e atribuiu-se a problemas específicos na malha de metalização destas células.
Para comparar os resultados obtidos com lâminas de Si-Cz com os obtidos com lâminas de Si-FZ, foram fabricadas e caracterizadas células solares com os processos α e β. A célula mais eficiente foi produzida com o processo β “modificado” e com camada de SiO2 de 10 nm de espessura. Este dispositivo, fabricado com
lãminas de Si-FZ, apresentou uma eficiência de 14,5 % para iluminação pela face n+ e de 11,1 % para iluminação pela face p+. Sem a camada passivadora de SiO2, a
melhor célula atingiu a eficiência de 14,1 % e de 10,3 %, para iluminação pela face n+ e p+, respectivamente. Para células sem óxido, os resultados com lâminas FZ e Cz são similares e para células com óxido, a diferença de 1 % (absoluto) é devida a problemas de resistência em série não originadas do tipo de substrato. Desta maneira, pode-se concluir que, com os processos desenvolvidos para fabricar células solares bifaciais finas, podem ser usados substratos com menor tempo de vida dos portadores de carga minoritários.
Sugere-se como continuidade deste trabalho: 1) aquisição de lâminas finas cortadas com serra, para evitar problemas de uniformidade das bordas; 2) obtenção de regiões n+ de menor profundidade e maior resistência de folha e uso de pastas de metalização adequadas a maior R□; 3) uso de outras camadas de passivação (Si3N4,
Al2O3, etc) para aumentar a eficiência da célula solar quando é iluminada pela face
p+ e 4) realização de uma análise profunda do BSF local de Al formado sobre camadas passivadoras mais eficazes.