Tratamientos superficiales antirreflectantes y elaboración de junturas para celdas solares de silicio cristalino

• Autores: Plá, Juan Carlos
• Año de publicación: 1998
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Durán, Julio César
• Materia: CELDAS SOLARES; SILICIO; ANTIRREFLECTANTE; TEXTURA; PROCESOS DE DIFUSION; JUNTURA; SOLAR CELLS; SILICON; ANTIREFLECTING; TEXTURE; DIFFUSION PROCESSES; JUNCTION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Se analizaron los distintos tratamientos antirreflectantes (AR) para celdas solares de siliciomonocristalino: las multicapas dieléctricas y la textura superficial. Se optimizaronnuméricamente sistemas AR para superficies planas de silicio de una y dos capas dieléctricasconsiderando distintos espectros de la radiación solar incidente y diferentes caracteristicas deldispositivo. En particular, se evaluó la influencia del dióxido de silicio pasivante sobre elcomportamiento AR de la multicapa. Asimismo, se estudió el caso específico de celdas solarespara usos espaciales. Con respecto a la textura superficial, se realizó un análisis teórico original basado en laresolución electromagnética rigurosa de la dispersión de la radiación incidente, en lugar de losmodelos de la óptica geométrica corrientemente utilizados en la literatura. Se realizaroncálculos para un medio conductor perfecto, los cuales constituyen una primera aproximación alproblema real. Se pusieron a punto técnicas de elaboración de textura superficial mediante ataquesquimicos básicos anisótropos, analizando los resultados obtenidos mediante observación pormicroscopía electrónica y medición de la reflectancia espectral. Utilizando estas técnicas, se fabricaron por primera vez en el pais celdas solares de siliciocristalino que utilizan textura superficial más una capa dieléctrica como técnica AR. El procesocompleto incluye la preparación de muestras, el texturado superficial, la difusión de dopantespara la generación de las junturas, y el depósito de contactos por medio de técnicasfotolitográficas. Los dispositivos obtenidos fueron caracterizados midiendo la curva corriente-tensión,la cual fue comparada con el resultado de simulaciones numéricas. Las mejores celdaselaboradas poseen eficiencias de aproximadamente el l7%. En el caso particular del proceso deelaboración de las junturas, el análisis de métodos sencillos presentes en la literatura recientecondujo a proponer nuevas variantes que permiten superar algunas de sus desventajas. Finalmente, la caracterización electrónica de los dispositivos obtenidos se realizó utilizandoun método original basado en la técnica OCVD (decaimiento de la tensión de circuito abierto),el cual permite mediante una interpretación sencilla de los resultados la obtención del tiempode vida media efectivo de los portadores minoritarios en el dispositivo final.
Different antireflecting (AR) coatings for crystalline silicon solar cells were analyzed:dielectric multilayers and surface texture. One and two layers AR coatings for non texturedsilicon were optimized using numerical methods, considering several radiation spectra anddevices with different electronic parameters. In particular, the influence of the passivatingsilicon dioxide on the characteristic of the AR coating was analyzed. Moreover, the specificcase of solar cells for space applications has been also studied. With respect to the surface texture, an original theoretical analysis based on the rigorouselectromagnetic solution of the incident radiation scattering was performed, instead of theusual ray optics analysis used in the literature. The calculations performed correspond to aperfect conducting medium, so they constitute a first approach to the real problem. Different texturization techniques based on anisotropic chemical etchings have been set up. The corresponding results were analyzed by means of electronic microscopy observations andspectral reflectance measurements. Crystalline silicon solar cells with surface texture plus a dielectric AR layer were elaboratedfor the first time in Argentine. The complete elaboration process includes sample preparation,texturization, dopants diffusion to generate the junctions, and contacts deposition by means ofphotolithographic methods. The devices obtained were characterized by measuring the current-voltagecurves and this experimental results were compared with numerical simulations. Thebest cells show efficiencies of approximately 17%. In the particular topic of the junctionselaboration process, the analysis of simple methods recently published leaded to propose newvariants which allow to overcome some of its disadvantages. Finally, the electronic characterization of the devices was performed using a novel methodbased on the OCVD (open circuit voltage decay) technique which allows to obtain, through asimple interpretation of the results, the effective lifetime of the minority carriers on the finaldevice.
Fil: Plá, Juan Carlos. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.