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Publicação
Study and optimization of materials to be used in the fabrication of HIT solar cells
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.32 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
In this thesis, the fabrication processes of Heterojunction with Intrinsic Thin layer (HIT) solar cells were
studied. The research began with the surface treatment of thin crystalline silicon n-type (100) 1-10 Ω/cm (120
μm) wafer. The successful removal of saw damage was achieved through a wet-etch process, employing a one-
step treatment with 5 min at 45 ºC using 45% KOH. Furthermore, the RCA-1 and RCA-2 cleaning procedures
were implemented. To evaluate the effectiveness of both processes, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),
atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence spectroscopy
(PL) were utilized.
Subsequently, the optimization of the PECVD process for hydrogenated amorphous silicon thin films (a-
Si:H) was conducted, focusing on both doped and intrinsic films. Various process conditions were investigated
to understand their influence on the properties of the deposited films. Preferential deposition regimes were
identified, leading to the development of a-Si:H films with desirable characteristics for solar cells. The films
properties were analysed using spectroscopic ellipsometry and conductivity measurements.
Furthermore, amorphous silicon p-i-n solar cells were fabricated as intermediary devices to validate the
quality of the optimized films. Three batches of cells were fabricated, and their performance was evaluated
through I-V measurements. The best-performing solar cell achieved a power conversion efficiency of 4.75%.
This research was stepstone for the development of HIT solar cells for FLEXSOLAR project, within
which this thesis was conducted.
Nesta tese, o processo de fabrico de células solares de heterojunção com camada fina intrínseca (HIT) foi estudado. O trabalho começou pelo estudo de tratamentos de superfície em bolachas finas de silício cristalino dopadas com fósforo (tipo n), com (100) 1-10 Ω/cm (120 μm). Um tratamento de erosão química foi imple- mentado com sucesso, removendo os danos causados pelo corte da bolacha. Este processo consistiu no uso de uma solução de 45% KOH por 5 min a 45 ºC. Subsequentemente, os procedimentos de limpeza RCA-1 e RCA- 2 foram implementados. A avaliação do sucesso deste processo foi realizada recorrendo a espectroscopia de fotoeletrões excitados por raios X (XPS na sigla inglesa), microscopia de força atómica (AFM na sigla inglesa), microscopia eletrónica de varrimento (SEM na sigla inglesa) e espectroscopia de fotoluminescência (PL na sigla inglesa). Posteriormente, foi realizada a otimização do processo de deposição química por vapor assistido por plasma (PECVD na sigla inglesa) para filmes finos de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), com uma investigação de filmes dopados e intrínsecos. Diversas condições do processo foram investigadas de forma a compreender a sua influência nas propriedades dos filmes. Os melhores regimes para as condições investigadas foram identi- ficados, resultando no desenvolvimento de filmes de a-Si:H com características desejáveis para células solares. As propriedades dos filmes foram analisadas utilizando elipsometria espectroscópica e medidas de condutivi- dade. Finalizando, células solares de silício amorfo do tipo p-i-n foram fabricadas, como dispositivos de teste para validar a qualidade dos filmes finos fabricados. Três lotes de células foram fabricados e o desempenho destes lotes foi investigado por medidas elétricas (I-V). A célula solar com melhor desempenho apresentou uma eficiência de 4.75%. Este trabalho representa um passo significativo para o fabrico de células solares HIT para o projeto FLEX- SOLAR, no qual esta tese esteve inserida.
Nesta tese, o processo de fabrico de células solares de heterojunção com camada fina intrínseca (HIT) foi estudado. O trabalho começou pelo estudo de tratamentos de superfície em bolachas finas de silício cristalino dopadas com fósforo (tipo n), com (100) 1-10 Ω/cm (120 μm). Um tratamento de erosão química foi imple- mentado com sucesso, removendo os danos causados pelo corte da bolacha. Este processo consistiu no uso de uma solução de 45% KOH por 5 min a 45 ºC. Subsequentemente, os procedimentos de limpeza RCA-1 e RCA- 2 foram implementados. A avaliação do sucesso deste processo foi realizada recorrendo a espectroscopia de fotoeletrões excitados por raios X (XPS na sigla inglesa), microscopia de força atómica (AFM na sigla inglesa), microscopia eletrónica de varrimento (SEM na sigla inglesa) e espectroscopia de fotoluminescência (PL na sigla inglesa). Posteriormente, foi realizada a otimização do processo de deposição química por vapor assistido por plasma (PECVD na sigla inglesa) para filmes finos de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), com uma investigação de filmes dopados e intrínsecos. Diversas condições do processo foram investigadas de forma a compreender a sua influência nas propriedades dos filmes. Os melhores regimes para as condições investigadas foram identi- ficados, resultando no desenvolvimento de filmes de a-Si:H com características desejáveis para células solares. As propriedades dos filmes foram analisadas utilizando elipsometria espectroscópica e medidas de condutivi- dade. Finalizando, células solares de silício amorfo do tipo p-i-n foram fabricadas, como dispositivos de teste para validar a qualidade dos filmes finos fabricados. Três lotes de células foram fabricados e o desempenho destes lotes foi investigado por medidas elétricas (I-V). A célula solar com melhor desempenho apresentou uma eficiência de 4.75%. Este trabalho representa um passo significativo para o fabrico de células solares HIT para o projeto FLEX- SOLAR, no qual esta tese esteve inserida.
Descrição
Palavras-chave
Amorphous silicon p-i-n solar cells HIT solar cells surface treatments thin films PECVD hydrogenated amorphous silicon