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Células solares de silício de alto rendimento: otimizações teóricas e implementações experimentais utilizando processos de baixo custo (2007)

  • Authors:
  • USP affiliated author: STEM, NAIR - EP
  • School: EP
  • Sigla do Departamento: PSI
  • Subject: CÉLULAS SOLARES
  • Language: Português
  • Abstract: Este trabalho teve por objetivo principal otimizar etapas e processos de fabricação de células solares de silício de alto rendimento envolvendo redução de custos através da utilização de gases industriais e reagentes químicos com qualidade de pureza "para análise". Para levar a cabo este objetivo esta tese de doutorado se dividiu em otimizações teóricas e implementações experimentais. As otimizações teóricas foram realizadas utilizando dois programas: um programa desenvolvido e implementado no próprio LME e o outro adquirido comercialmente, PC1D. As implementações no programa desenvolvido permitiram analisar parametricamente as diversas regiões das células solares e discriminar os fenômenos ocorrentes nos emissores, assim como no dispositivo completo. Os emissores e os dispositivos completos foram estudados realizando uma ampla varredura no intervalo de espessuras (na faixa de 0,1µm a 10µm) e concentrações superficiais (na faixa de 1x10'POT.18' cm-³ a 1x10'POT.20' cm-³) dos emissores, resultando na representação em curvas de nível. De acordo com as otimizações teóricas as estruturas completas n+p e n++n+p considerando a concentração intrínseca (ni=9,65x10'POT.9' cm-³) permitiu concluir que tanto as estruturas com emissores homogêneos como as obtidas com emissores duplamente difundidos permitem alcançar eficiências elevadas, 25,5% a 26,0% em um amplo intervalo de espessuras e concentrações superficiais de dopantes. No que tange aos desenvolvimentosexperimentais, este trabalho se inicia com o desenvolvimento de um processo simplificado de baixo custo em células solares de silício Cz de baixa resistividade com estrutura n+pp+, utilizando gases especiais e reagentes químicos de grau "para análise", como uma transposição de um processo de fabricação anteriormente desenvolvido no LME-EPUSP em substratos de silício FZ utilizando tecnologia planar. ) A célula A-16-1 desenvolvida com o processo de fabricação implementado neste trabalho permitiu atingir a eficiência no entorno de 17%, apresentando Jsc=36,4 mA/cm², Voc=604mV e FF=0,765. Cabe ressaltar que ambos processos foram desenvolvidos com estruturas n+pp+ baseadas na difusão de fósforo e alumínio (P/Al). Contudo, tendo em vista que as estruturas n+pp+ de P/Al não permitem ultrapassar a marca de 19,4% devido à elevada recombinação na região posterior, novos desenvolvimentos foram realizados visando cumprir com os pré-requisitos necessários para a implementação da tecnologia para a obtenção das células solares não dependentes do armadilhamento de impurezas através da difusão de Al, capazes de atingirem eficiências maiores que 20%. Assim as novas implementações experimentais visaram fundamentalmente a qualificação de materiais de partida, manutenção do tempo de vida do volume em valores elevados, conjuntamente com passivações de qualidade visando uma sensível redução das recombinações nas diversas regiões solares, com o objetivo de elevar a tensão decircuito-aberto e portanto rendimento. De acordo com os resultados encontrados, amostras com limpeza química realizadas com produtos P.A. (baixo custo) permitiu alcançar tempos de vida efetivos elevados o suficiente para aplicação fotovoltaica (Tef=0,54ms). Por outro lado, a qualificação de materiais utilizando estruturas n+pn+ realizadas com a utilização de reagentes químicos e gases de custo elevado permitiram a obtenção de emissores com excelente qualidade (Joe<45fA/cm²) e substratos com os tempos de vida dos seus volumes preservados (0,6ms), embora submetidos a diversas limpezas químicas e etapas térmicas (pré-deposição, oxidação/redistribuição e recozimento em FG e/ou "alneal")
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 24.10.2007
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    • ABNT

      STEM, Nair; CID SÁNCHEZ, Manuel. Células solares de silício de alto rendimento: otimizações teóricas e implementações experimentais utilizando processos de baixo custo. 2007.Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-02042008-113959/ >.
    • APA

      Stem, N., & Cid Sánchez, M. (2007). Células solares de silício de alto rendimento: otimizações teóricas e implementações experimentais utilizando processos de baixo custo. Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-02042008-113959/
    • NLM

      Stem N, Cid Sánchez M. Células solares de silício de alto rendimento: otimizações teóricas e implementações experimentais utilizando processos de baixo custo [Internet]. 2007 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-02042008-113959/
    • Vancouver

      Stem N, Cid Sánchez M. Células solares de silício de alto rendimento: otimizações teóricas e implementações experimentais utilizando processos de baixo custo [Internet]. 2007 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-02042008-113959/


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