Influência do tipo de dopante do substrato em células solares bifaciais finas
Influence of the substrate doping type on thin bifacial solar cells
Graziella Fernandes Nassau Costa, Adriano Moehlecke, Izete Zanesco
Resumo
A combinação do uso de células solares bifaciais e de lâminas finas de silício cristalino pode reduzir os custos de fabricação de módulos fotovoltaicos. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência do tipo de dopante, n ou p, de lâminas de silício monocristalino Czochralski, grau solar, nas características elétricas de células solares bifaciais finas com espessura da ordem de 140 μm. Foi desenvolvido o processo de fabricação das células solares, sendo que as etapas de texturação e metalização foram otimizadas. No que se refere ao processo de queima das pastas metálicas de Ag e Al, observou-se que a maior eficiência média dos dispositivos foi obtida com temperatura de 870 °C. As células solares de maior eficiência foram as produzidas com as lâminas de Si tipo p, atingindo a eficiência de 13,9% para iluminação pela face n+ e 9,0% para iluminação pela face p+ , sem o uso de passivação de superfícies. Com as lâminas tipo n, as células solares bifaciais apresentaram maior simetria entre as eficiências sob os dois modos de iluminação, mas com valores da ordem de 1%-2% menores que as de silício tipo p.
Palavras-chave
Abstract
The combination of the use of bifacial solar cells and thin crystalline silicon wafers can reduce the manufacturing costs of photovoltaic modules.The aim of this work was to analyze the influence of the doping type of Czochralski-grown monocrystalline silicon wafers, solar grade, n-type and p-type, on the electrical characteristics of 140 μm thick bifacial solar cells. The solar cell manufacturing process was developed and the texture etch as well as the metal grid firing process were optimized. As regards the screen-printed Ag and Al metal grid firing, it was observed that the higher average efficiency of the devices was obtained with a temperature of 870 °C. The most efficient solar cells were manufactured with p-type wafer, reaching 13.9% when the device was illuminated by n+ face and 9.0% when was illuminated p+ face, without any surface passivation. By using n-type wafers, bifacial solar cells presented higher simmetry between front and rear side illumination mode, but with values on the order of 1% -2% lower than p-type Si devices.
Keywords
References
1 Battaglia C, Cuevas A, De Wolf S. High-efficiency crystalline silicon solar cells: status and perspectives. Energy & Environmental Science. 2016;9(5):1552-1576.
2 International Technology Roadmap for Photovoltaic. ITRPV 2018 results. 10th ed. 2019 [acesso em 4 jul. 2019]. Disponível em: http://itrpv.vdma.org
3 Sopori B, Basnyat P, Devayajanam S, Shet S, Mehta V, Binns J, et al. Understanding light-induced degradation of c-Si solar cells. In: Proceedings of the 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference; 2012; Austin, Texas. New York: IEEE; 2012. p. 1115-1120. http://dx.doi.org/10.1109/PVSC.2012.6317798.
4 Rehman A, Lee SH. Advancements in n-type base crystalline silicon solar cells and their emergence in the photovoltaic industry. The Scientific World Journal. 2013;2013:470347. http://dx.doi.org/10.1155/2013/470347.
5 Lim JR, Kim S, Ahn HK, Song HE, Kang GH. Analysis of the bowing phenomenon for thin c-Si solar cells using partially processed c-Si solar cells. Energies. 2019;12(9):1593. http://dx.doi.org/10.3390/en12091593.
6 Guerrero-Lemus R, Vega R, Kim T, Kimm A, Shephard LE. Bifacial solar photovoltaics: a technology review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2016;60:1533-1549.
7 Zanesco I, Lorenzo E. Optimisation of an asymmetric static concentrator: the PEC-44D. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2002;10(5):361-376.
8 Moehlecke A, Febras FS, Zanesco I. Electrical performance analysis of PV modules with bifacial silicon solar cells and white diffuse reflector. Solar Energy. 2013;96:253-262.
9 Moehlecke A, Zanesco I, Canizo C, Luque A. Experimental comparison between p and n bases for bifacial solar cells. In: Proceedings of the 13th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; 1995; Nice, França. Munique: WIP; 1995. p. 1242-1245.
10 Pan AC, del Cañizo C, Luque A. Effect of thickness on bifacial silicon solar cells. In: 2007 Spanish Conference on Electron Devices; 2007; Madrid, Spain. New York: IEEE; 2007, p. 234-237. http://dx.doi.org/10.1109/SCED.2007.384035.
11 Steckemetz S, Metz A, Hezel R. Thin Cz-silicon solar cells with rear silicon nitride passivation and screen printed contacts. In: Proceedings of the 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; 2001; Munique. Alemanha: WIP; 2001. p. 1902-1906.
12 Osório VC, Moehlecke A, Zanesco I. Influence of the order of boron and phosphorus diffusion on the fabrication of thin bifacial silicon solar cells. Materials Research Express. 2016;3:1-7.
13 Osório VC, Moehlecke A, Zanesco I. Células solares bifaciais industriais em lâminas de silício finas: análise de passivação de superfícies e tipo de silício. Cerâmica. 2018;64(370):183-189. http://dx.doi.org/10.1590/0366-69132018643702280.
14 Moehlecke A, Campos RC, Zanesco I. Células solares finas em silício tipo n: avaliação de diferentes pastas metálicas para contato elétrico da face dopada com boro. Tecnologica em Metalurgia, Materiais e Mineração. 2017;14(3):250-256.
15 Campos RC, Moehlecke A, Zanesco I, Ly M. Desenvolvimento e comparação de células solares com estruturas p+ nn+ e n+ np+ em lâminas finas de silício monocristalino. In: Actas de la XL Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente; 2017; San Juan, Argentina. Vol. 5. Buenos Aires: ASADES; 2017. p. 04.13-04.22.
16 Kern W. Handbook of semiconductor wafer cleaning technology. New Jersey: Noyes Publications; 1998. 623 p.
17 Zanesco I, Moehlecke A. Desenvolvimento de tecnologias industriais de fabricação de células solares e módulos fotovoltaicos. Rio de Janeiro: FINEP; 2012. Relatório final de Projeto FINEP, convênio FINEP 01.080635.00, ref. 1359/08.
18 Zanesco I, Moehlecke A. Processo de difusão de dopantes em lâminas de silício para a fabricação de células solares. Patente PI12030606, BR 10 2012 030606 9. 2012 Nov 30.
19 Moehlecke A, Zanesco I. Desenvolvimento de células solares eficientes em lâminas de silício tipo n. Rio de Janeiro: FINEP; 2013. Relatório técnico. Projeto FINEP 2102/09.
20 Schroder DT. Semiconductor material and device characterization. 3rd ed. New Jersey: Wiley-Interscience; 2006. 779 p.
21 Zhao J, Green M. Optimized antireflection coatings for high-efficiency silicon solar cells. IEEE Transactions on Electron Devices. 1991;38(8):1925-1934.
22 Ly M, Zanesco I, Moehlecke A, Fagundes RS, Cenci AS, Lopes NF, et al. Influência da espessura do filme antirreflexo de TiO2 nos parâmetros elétricos de células solares com base n. In: Anais do IV Congresso Brasileiro de Energia Solar (IV CBENS); V Conferência Latino Americana da ISES; 2012; São Paulo. Recife: ABENS; 2012. p. 1-8.
23 Moehlecke A, Luque A. New approach to obtain boron selective emitters. In: Proceedings of the 1st World Conference on Photovoltaic Energy Conversion; 1994; Havai. New York: IEEE; 1994. p. 1492-1495. http://dx.doi.org/10.1109/WCPEC.1994.520233.
24 Papet P, Nichiporuk O, Kaminski A, Rozier Y, Kraiem J, Lelievre JF, et al. Pyramidal texturing of silicon solar cell with TMAH chemical anisotropic etching. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2006;90(15):2319-2328.
25 Krenzinger A, Lorenzo E. Estimation of radiation incident on bifacial albedo-collecting panels. International Journal of Solar Energy. 1986;4(5):297-319. http://dx.doi.org/10.1080/01425918608909865.
Submitted date:
07/04/2019
Accepted date:
10/06/2020
Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn
Mendeley
StumbleUpon
CiteULike
Reddit
Email