Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Biazetto, Fábio André
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
Texto Completo: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10952
Resumo: N-type solar cell technology is growing in the industry as well as the PERT bifacial structure, which enables the increase of power output. The objective of this work was to develop n-type bifacial solar cells with PERT structure, produced with boron and phosphorus diffusion in the same thermal step and with passivation using silicon oxide. The innovation lies on the diffusion of both dopants in the same thermal step, based on patent application BR1020180085760, and the analysis of the passivation with silicon oxide grown under different conditions. Si-Cz and Si-FZ wafers were used and the methodology can be summarized as: 1) to analyze the influence of boron diffusion temperature (from 940 °C to 980 °C) on the sheet resistance of the p+ emitter and n+ back surface field (BSF), the electrical parameters of bifacial solar cells, the bifaciality, the quantum efficiency and reflectance; and 2) to evaluate the thickness and passivation of the silicon oxide layer on the emitter and BSF, grown with reduced oxygen flow and in the presence of nitrogen. This involved estimating the layer thickness with ellipsometry method and measuring the minority carrier lifetime. We found that boron diffusion temperature (TB) affects the BSF sheet resistance, which increases with TB value. The temperatures of 960 °C and 950 °C for boron diffusion resulted in the highest power output in bifacial mode for solar cells produced on Si-Cz and Si-FZ wafers, respectively. The bifaciality reached the value of 0.99 for both substrate types. Due to the higher efficiency of Si-Cz solar cells, the power output in bifacial mode was 1.14 W, while for the Si-FZ device, it was 1.08 W. We also observed that the thickness of the silicon oxide layer was influenced by the boron diffusion temperature and affected the reflectance. In the back surface field, the reflectance at wavelengths near 350 nm decreased with increasing TB, regardless of the substrate type. The internal quantum efficiency in the boron emitter was lower than in the BSF for wavelengths below 400 nm due to increased recombination of minority carriers in this region. We concluded that the silicon oxide thickness was higher on the phosphorus-doped face, ranging from 38-40 nm, compared to the estimated value on the emitter side, which was 12.5-13.5 nm. It was also concluded that the addition of nitrogen tends to decrease the silicon oxide layer on both sides, and the reduction of O2 flow practically did not affect the thickness of the passivation layer. The growth of silicon oxide with the presence of nitrogen improved the substrate quality and provided passivation similar to what was found with the standard oxygen flow process. The results indicate that the boron and phosphorus diffusion process in the same thermal step is effective and enables the production of n-type bifacial solar cells with high bifaciality and minority carrier lifetime in the base
id P_RS_51c1fd8ebca2642ab11045c6b7dda7bb
oai_identifier_str oai:tede2.pucrs.br:tede/10952
network_acronym_str P_RS
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository_id_str
spelling Zanesco, Izetehttp://lattes.cnpq.br/6447133225634152Moehlecke, Adrianohttp://lattes.cnpq.br/6489168454179521http://lattes.cnpq.br/8330998967113243Biazetto, Fábio André2023-08-15T14:38:01Z2023-07-11https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10952N-type solar cell technology is growing in the industry as well as the PERT bifacial structure, which enables the increase of power output. The objective of this work was to develop n-type bifacial solar cells with PERT structure, produced with boron and phosphorus diffusion in the same thermal step and with passivation using silicon oxide. The innovation lies on the diffusion of both dopants in the same thermal step, based on patent application BR1020180085760, and the analysis of the passivation with silicon oxide grown under different conditions. Si-Cz and Si-FZ wafers were used and the methodology can be summarized as: 1) to analyze the influence of boron diffusion temperature (from 940 °C to 980 °C) on the sheet resistance of the p+ emitter and n+ back surface field (BSF), the electrical parameters of bifacial solar cells, the bifaciality, the quantum efficiency and reflectance; and 2) to evaluate the thickness and passivation of the silicon oxide layer on the emitter and BSF, grown with reduced oxygen flow and in the presence of nitrogen. This involved estimating the layer thickness with ellipsometry method and measuring the minority carrier lifetime. We found that boron diffusion temperature (TB) affects the BSF sheet resistance, which increases with TB value. The temperatures of 960 °C and 950 °C for boron diffusion resulted in the highest power output in bifacial mode for solar cells produced on Si-Cz and Si-FZ wafers, respectively. The bifaciality reached the value of 0.99 for both substrate types. Due to the higher efficiency of Si-Cz solar cells, the power output in bifacial mode was 1.14 W, while for the Si-FZ device, it was 1.08 W. We also observed that the thickness of the silicon oxide layer was influenced by the boron diffusion temperature and affected the reflectance. In the back surface field, the reflectance at wavelengths near 350 nm decreased with increasing TB, regardless of the substrate type. The internal quantum efficiency in the boron emitter was lower than in the BSF for wavelengths below 400 nm due to increased recombination of minority carriers in this region. We concluded that the silicon oxide thickness was higher on the phosphorus-doped face, ranging from 38-40 nm, compared to the estimated value on the emitter side, which was 12.5-13.5 nm. It was also concluded that the addition of nitrogen tends to decrease the silicon oxide layer on both sides, and the reduction of O2 flow practically did not affect the thickness of the passivation layer. The growth of silicon oxide with the presence of nitrogen improved the substrate quality and provided passivation similar to what was found with the standard oxygen flow process. The results indicate that the boron and phosphorus diffusion process in the same thermal step is effective and enables the production of n-type bifacial solar cells with high bifaciality and minority carrier lifetime in the baseAs células solares base n estão conquistando espaço na indústria bem como a estrutura PERT bifacial, que viabiliza o aumento da potência. O objetivo deste trabalho foi desenvolver células solares bifaciais base n com estrutura PERT com difusão de boro e fósforo na mesma etapa térmica e passivação com óxido de silício. A inovação foi a difusão dos dois dopantes na mesma etapa térmica, com base na solicitação de patente BR1020180085760 e a análise da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições. Utilizaram-se lâminas de Si-Cz e Si-FZ e a metodologia resume-se em: 1) analisar a influência da temperatura de difusão de boro, de 940 °C a 980 °C, na resistência de folha do emissor p+ e do campo retrodifusor (BSF) n+, nos parâmetros elétricos das células solares bifaciais, na bifacialidade, na eficiência quântica e na refletância e 2) avaliar a espessura e a passivação proporcionada pela camada de óxido de silício no emissor e no campo retrodifusor crescida com redução da vazão de oxigênio e com presença de nitrogênio. Para isso estimou-se a espessura da camada por elipsometria e o tempo de vida dos portadores de carga minoritários. Constatou-se que a difusão de boro (TB) afeta a resistência de folha do BSF, que aumenta com o valor da TB. As temperaturas para difusão de boro de 960 °C e 950 °C resultaram na maior potência no modo bifacial em células solares produzidas em lâminas de Si-Cz e de Si-FZ, respectivamente. A bifacialidade alcançou o valor de 0,99 nos dois tipos de substratos. Devido a maior eficiência das células solares em Si-Cz, a potência no modo bifacial foi de 1,14 W e no dispositivo em Si-FZ foi de 1,08 W. Também se verificou que a espessura da camada de óxido de silício foi influenciada pela temperatura de difusão de boro e afetou a refletância. Observou-se que no campo retrodifusor a refletância em comprimentos de onda próximos a 350 nm diminuiu com o aumento de TB, independente do tipo de substrato. A eficiência quântica interna é menor no emissor de boro que no BSF em comprimentos de onda menores que 400 nm, devido a maior recombinação dos portadores de carga minoritários nesta região. Concluiu-se que a espessura do óxido de silício é maior na face dopada com fósforo, da ordem de 38 – 40 nm, em comparação com o valor estimado na face do emissor de 12,5 – 13,5 nm. Também se concluiu que a adição de nitrogênio tende a diminuir a camada de óxido de silício nas duas faces e a redução da vazão de O2 praticamente não afetou a espessura da camada de passivação. O crescimento de óxido de silício com presença de nitrogênio melhorou a qualidade do substrato e proporcionou a passivação similar ao encontrado com o processo com vazão de oxigênio padrão. Os resultados indicam que o processo de difusão de boro e de fósforo na mesma etapa térmica é eficaz e possibilita a produção de células solares bifaciais base n, com elevada bifacialidade e tempo de vida dos minoritários na baseSubmitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2023-08-03T17:56:55Z No. of bitstreams: 1 Tese_Fábio Biazetto.pdf: 4227846 bytes, checksum: bd6da2f6f40fba2e9dce454592cb47f4 (MD5)Approved for entry into archive by Sarajane Pan (sarajane.pan@pucrs.br) on 2023-08-15T14:27:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Fábio Biazetto.pdf: 4227846 bytes, checksum: bd6da2f6f40fba2e9dce454592cb47f4 (MD5)Made available in DSpace on 2023-08-15T14:38:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Fábio Biazetto.pdf: 4227846 bytes, checksum: bd6da2f6f40fba2e9dce454592cb47f4 (MD5) Previous issue date: 2023-07-11Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfhttps://tede2.pucrs.br/tede2/retrieve/188706/Tese_F%c3%a1bio%20Biazetto.pdf.jpgporPontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de MateriaisPUCRSBrasilEscola PolitécnicaCélulas Solares BifaciaisLâminas de Silício Tipo nEmissorCampo RetrodifusorPassivaçãoRedução de Etapas TérmicasBifacial Solar Cellsn-Type Silicon WafersEmitterBack Surface FieldPassivationReduction of Thermal StepsENGENHARIASDesenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condiçõesDevelopment of n-Type PERT bifacial solar cells : analysis of the diffusion with reduced thermal steps and passivation with silicon oxide grown in different conditionsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisTrabalho não apresenta restrição para publicação495391460509391966550050060045189710564848268253590462550136975366info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RSTHUMBNAILTese_Fábio Biazetto.pdf.jpgTese_Fábio Biazetto.pdf.jpgimage/jpeg5141https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/4/Tese_F%C3%A1bio+Biazetto.pdf.jpg3b8e2c8d832d7a223a7d6837a399791eMD54TEXTTese_Fábio Biazetto.pdf.txtTese_Fábio Biazetto.pdf.txttext/plain299276https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/3/Tese_F%C3%A1bio+Biazetto.pdf.txte88ff9e8696eb38ed5a05fdbeaf83e9bMD53ORIGINALTese_Fábio Biazetto.pdfTese_Fábio Biazetto.pdfapplication/pdf4227846https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/2/Tese_F%C3%A1bio+Biazetto.pdfbd6da2f6f40fba2e9dce454592cb47f4MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8590https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/1/license.txt220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24MD51tede/109522023-08-15 20:00:18.341oai:tede2.pucrs.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2023-08-15T23:00:18Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false
dc.title.por.fl_str_mv Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Development of n-Type PERT bifacial solar cells : analysis of the diffusion with reduced thermal steps and passivation with silicon oxide grown in different conditions
title Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
spellingShingle Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
Biazetto, Fábio André
Células Solares Bifaciais
Lâminas de Silício Tipo n
Emissor
Campo Retrodifusor
Passivação
Redução de Etapas Térmicas
Bifacial Solar Cells
n-Type Silicon Wafers
Emitter
Back Surface Field
Passivation
Reduction of Thermal Steps
ENGENHARIAS
title_short Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
title_full Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
title_fullStr Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
title_full_unstemmed Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
title_sort Desenvolvimento de células solares bifaciais PERT Base n : análise da difusão com redução de etapas térmicas e da passivação com óxido de silício crescido em diferentes condições
author Biazetto, Fábio André
author_facet Biazetto, Fábio André
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Zanesco, Izete
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/6447133225634152
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Moehlecke, Adriano
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/6489168454179521
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8330998967113243
dc.contributor.author.fl_str_mv Biazetto, Fábio André
contributor_str_mv Zanesco, Izete
Moehlecke, Adriano
dc.subject.por.fl_str_mv Células Solares Bifaciais
Lâminas de Silício Tipo n
Emissor
Campo Retrodifusor
Passivação
Redução de Etapas Térmicas
topic Células Solares Bifaciais
Lâminas de Silício Tipo n
Emissor
Campo Retrodifusor
Passivação
Redução de Etapas Térmicas
Bifacial Solar Cells
n-Type Silicon Wafers
Emitter
Back Surface Field
Passivation
Reduction of Thermal Steps
ENGENHARIAS
dc.subject.eng.fl_str_mv Bifacial Solar Cells
n-Type Silicon Wafers
Emitter
Back Surface Field
Passivation
Reduction of Thermal Steps
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS
description N-type solar cell technology is growing in the industry as well as the PERT bifacial structure, which enables the increase of power output. The objective of this work was to develop n-type bifacial solar cells with PERT structure, produced with boron and phosphorus diffusion in the same thermal step and with passivation using silicon oxide. The innovation lies on the diffusion of both dopants in the same thermal step, based on patent application BR1020180085760, and the analysis of the passivation with silicon oxide grown under different conditions. Si-Cz and Si-FZ wafers were used and the methodology can be summarized as: 1) to analyze the influence of boron diffusion temperature (from 940 °C to 980 °C) on the sheet resistance of the p+ emitter and n+ back surface field (BSF), the electrical parameters of bifacial solar cells, the bifaciality, the quantum efficiency and reflectance; and 2) to evaluate the thickness and passivation of the silicon oxide layer on the emitter and BSF, grown with reduced oxygen flow and in the presence of nitrogen. This involved estimating the layer thickness with ellipsometry method and measuring the minority carrier lifetime. We found that boron diffusion temperature (TB) affects the BSF sheet resistance, which increases with TB value. The temperatures of 960 °C and 950 °C for boron diffusion resulted in the highest power output in bifacial mode for solar cells produced on Si-Cz and Si-FZ wafers, respectively. The bifaciality reached the value of 0.99 for both substrate types. Due to the higher efficiency of Si-Cz solar cells, the power output in bifacial mode was 1.14 W, while for the Si-FZ device, it was 1.08 W. We also observed that the thickness of the silicon oxide layer was influenced by the boron diffusion temperature and affected the reflectance. In the back surface field, the reflectance at wavelengths near 350 nm decreased with increasing TB, regardless of the substrate type. The internal quantum efficiency in the boron emitter was lower than in the BSF for wavelengths below 400 nm due to increased recombination of minority carriers in this region. We concluded that the silicon oxide thickness was higher on the phosphorus-doped face, ranging from 38-40 nm, compared to the estimated value on the emitter side, which was 12.5-13.5 nm. It was also concluded that the addition of nitrogen tends to decrease the silicon oxide layer on both sides, and the reduction of O2 flow practically did not affect the thickness of the passivation layer. The growth of silicon oxide with the presence of nitrogen improved the substrate quality and provided passivation similar to what was found with the standard oxygen flow process. The results indicate that the boron and phosphorus diffusion process in the same thermal step is effective and enables the production of n-type bifacial solar cells with high bifaciality and minority carrier lifetime in the base
publishDate 2023
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-08-15T14:38:01Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2023-07-11
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10952
url https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/10952
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.program.fl_str_mv 4953914605093919665
dc.relation.confidence.fl_str_mv 500
500
600
dc.relation.cnpq.fl_str_mv 4518971056484826825
dc.relation.sponsorship.fl_str_mv 3590462550136975366
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
dc.publisher.initials.fl_str_mv PUCRS
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Escola Politécnica
publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
instname_str Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron_str PUC_RS
institution PUC_RS
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
bitstream.url.fl_str_mv https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/4/Tese_F%C3%A1bio+Biazetto.pdf.jpg
https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/3/Tese_F%C3%A1bio+Biazetto.pdf.txt
https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/2/Tese_F%C3%A1bio+Biazetto.pdf
https://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/10952/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 3b8e2c8d832d7a223a7d6837a399791e
e88ff9e8696eb38ed5a05fdbeaf83e9b
bd6da2f6f40fba2e9dce454592cb47f4
220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.central@pucrs.br||
_version_ 1799765362701500416