Análise de Gettering por alumínio no processo de fabricação de células solares

Abstract

Os objetivos desta dissertação são comparar e analisar o gettering por alumínio, na estrutura n+pp+ de células solares, depositado e difundido por diferentes técnicas sobre lâminas de silício crescido pelo método Czochralski. A região p+ foi implementada em fornos convencionais e de processamento térmico rápido, empregando dois tipos diferentes de deposição: a evaporação de alumínio em alto vácuo e a deposição B. Nas difusões em fornos convencionais com evaporação de alumínio, houve uma redução no tempo de vida dos portadores minoritários. Foram alcançados aumentos no tempo de vida dos portadores minoritários significativos após a deposição B e são difundido em fornos convencionais. Ao final do processo, valores da ordem de 180 μs foram encontrados, correspondendo a um aumento de 240%. Para as difusões após a deposição B de alumínio em fornos de processamento térmico rápido, os melhores valores para os tempos de vida encontrados são da ordem de 116 μs em média inferiores à difusão em forno convencional. Com base nos resultados da difusão em forno convencional de alumínio evaporado, foram implementados quatro processos de fabricação de células solares com metalização por serigrafia. Nos dois primeiros testes, a eficiência máxima foi de 8,7%, limitada pelo processo de metalização, principalmente na face posterior. Este problema foi superado nos dois últimos lotes e a eficiência média obtida em células de 4 cm2 foi de 11%. O valor máximo foi de 13,6%, típico de células industriais com este tipo de metalização.

The aim of this work is to compare and analyze the aluminum gettering in the n+pp+ solar cell structure, taking into account that aluminum is deposited and diffused by different techniques in Czochralski silicon wafers. A p+ region was implemented in conventional and rapid thermal furnaces, by using two aluminum sources: from high vacuum evaporation and deposition B. Wafers with evaporated aluminum diffused in conventional furnaces presented a reduction in the minority carrier lifetime. Deposition B was used and aluminum was diffused at several temperatures in a convencional furnace. The carrier lifetime was achieved as high as 180 μs, related to a lifetime enhancement of 240 %. When aluminum layer is deposited by process B is carried out in a rapid thermal furnace, carrier lifetime was improved. Nevertheless, average lifetime was lower than those obtained in wafers processed in convencional furnace. Based on aluminum deposited by evaporation, four solar cell fabrication sequences was implemented, all of that with screen-printing metal deposition. First manufacturing sequences allowed the production of solar cells with efficiencies of 8. 7%, mainly limited by the rear face metal grid. This shortcoming was eliminated in the last two batches and an average efficiency of 11% was obtained for 4 cm2 cells. Best cell was 13. 6% efficient, typical for industrial silicon solar cells with screen-printed metal grid.