Otimização por simulação e desenvolvimento de células solares com emissor posterior formado por pasta de alumínio e difusão em forno de esteira

• Autor(a) principal: Mallmann, Ana Paula
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
• Texto Completo: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/3176
• topic: ENGENHARIA DE MATERIAIS; ENERGIA ELÉTRICA; CÉLULAS SOLARES; ALUMÍNIO; DIFUSÃO; CNPQ::ENGENHARIAS

A produção de energia elétrica diretamente a partir da conversão da energia solar, denominada de energia solar fotovoltaica, ganha destaque pelo baixo impacto ambiental. O principal dispositivo desta tecnologia é a célula solar, sendo o material mais utilizado o silício. As células solares são associadas eletricamente e encapsuladas com a finalidade de formar o módulo fotovoltaico. Os objetivos desta tese estão centrados na otimização, no desenvolvimento e na análise de células solares n+np+ em Si-FV-FZ, tipo n, com emissor posterior p+ formado pela difusão de pasta de alumínio em forno de esteira. A otimização por simulação de uma célula solar é uma etapa importante que precede o desenvolvimento do dispositivo. Nesta etapa, além de utilizar o programa computacional PC-1D foi criado um programa na linguagem Visual Basic, denominado MonoCel. Para a simulação de células solares com malha de metalização formada por evaporação em alto vácuo obteve-se a eficiência de 16,8 %, valor 1 % absoluto maior que para o caso da malha de metalização ser formada por serigrafia, que foi de 15,8 %. A partir dos resultados das simulações, constatou-se que o processo para fabricação de células solares com metalização por serigrafia pode ser mais viável que a evaporação em alto vácuo, pois a diferença na eficiência não é elevada e a técnica é relativamente mais simples. A otimização experimental do processo de texturação das lâminas de silício resultou na refletância de 12 %, valor típico para uma superfície formada por micropirâmides em silício monocristalino. Com a otimização experimental da região de campo retrodifusor frontal de fósforo, foi obtido um valor de resistência de folha de (36 ± 4) Ω/□ a partir da difusão de fósforo com POCl3 em forno convencional. Constatou-se que após a difusão de fósforo, ocorreu gettering para temperatura e tempos específicos. Também se verificou que o tempo de vida dos portadores minoritários ao final do processamento das células solares é ligeiramente maior que o valor inicial. Foi analisada a influência da ordem dos passos de queima da pasta de metalização na face frontal e de difusão/queima da pasta de alumínio, da passivação 27 da superfície, do fluxo de ar seco no passo de difusão/queima da pasta de alumínio, da temperatura de difusão/queima da pasta de alumínio e da velocidade da esteira nas características elétricas dos dispositivos fabricados. Com o processo de fabricação de células solares com estrutura n+np+ com emissor posterior localizado de alumínio foram obtidas células solares com eficiência próxima a 9,5 %. As melhores células solares foram processadas na temperatura de difusão/queima da pasta de alumínio de 900 °C e velocidade da esteira de 140 cm/min. A eficiência está limitada pelos baixos valores de VOC e FF alcançados. Também se verificou que a formação do emissor posterior localizado resulta em células solares com maior eficiência que o emissor homogêneo.