Célula solar bifacial TOPCon de gran superficie con una eficiencia del 23,01%

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Un grupo internacional de investigación ha fabricado una célula solar TOPCon bifacial de gran superficie con contactos pasivos basada en películas de silicio policristalino (poli-Si) dopado con p, utilizando la deposición química de vapor a baja presión (LPCVD).

Los científicos adoptaron un enfoque industrial para la LPCVD y utilizaron un emisor frontal homogéneo con difusión de boro y una metalización serigrafiada. “La película de poli-Si se depositó en un equipo de LPCVD de una sola oblea”, explicó a pv magazine el corrsponding author de la investigación, Meriç Fırat. “Ya hay herramientas disponibles de los fabricantes de herramientas que son capaces de realizar procesos de LPCVD con dopaje in situ, con una uniformidad decente de la película de poli-Si”.

Las películas de poli-Si se integraron en la célula en dos conjuntos de experimentos.

En un primer experimento, destinado a evaluar el impacto de las películas en el rendimiento de la célula, los investigadores construyeron un dispositivo bifacial de 241,3 cm2 con un diseño de barra colectora cero en ambos lados y una película de nitruro de silicio hidrogenado (SiNx:H) de 70 nm de grosor por deposición química de vapor mejorada por plasma (PECVD) aplicada a la cara posterior para mejorar la calidad de la pasivación. “Para la metalización, se serigrafiaron pastas de plata y plata/aluminio en las caras posterior y anterior, respectivamente, y a continuación se dispararon las pastas a través de las películas de SiNx:H para realizar los contactos con el poli-Si y el emisor”, explicaron. “La cocción se realizó con una velocidad de cinta de 150in/min y una temperatura máxima establecida de 855 grados Celsius”.

“La envoltura de la película de poli-Si de LPCVD en la parte delantera se eliminó enmascarando la parte delantera con una máscara de monóxido de silicio (SiOx) de 200 nm de grosor cultivada mediante deposición química de vapor mejorada por plasma … antes de LPCVD y utilizando el grabado en seco”, declaró Fırat. “Confiamos en que esta parte del proceso pueda simplificarse y transferirse a equipos industriales capaces de eliminar la película de poli-Si no deseada en el lado frontal mediante un grabado de alto rendimiento en un solo lado.”

Mediante un segundo experimento, destinado a investigar el impacto de la morfología de la superficie trasera en la célula, los académicos realizaron el cribado en una serie de células con una superficie trasera pulida, una capa de SiOx de 90nm de espesor depositada por PECVD en un sistema de una sola oblea sobre la película frontal de SiNx:H y una rejilla metálica para crear un doble revestimiento antirreflejo (DARC) destinado a reducir la reflectancia frontal.

Se analizó el rendimiento de todas las células solares en condiciones de iluminación estándar y también se realizó una inspección mediante microscopía óptica para evaluar la calidad de los contactos serigrafiados. El mejor rendimiento lo obtuvo una célula con la superficie trasera pulida mediante el DARC y formada por una pila de películas de SiNx de 70nm y SiOx de 90nm. Este dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 23,01%, una alta tensión de circuito abierto de 691,7 mV, una corriente de cortocircuito de 40,95 y un factor de llenado del 81,25%.

“Las células solares descritas en nuestro artículo pueden trasladarse con bastante facilidad a la producción comercial”, añadió Fırat. “Se necesitaría un cierto esfuerzo inicial para transferir el proceso de LPCVD basado en el dopaje in situ a equipos industriales de tipo discontinuo, pero consideramos que se puede conseguir”. La ganancia de eficiencia obtenida con el DARC probablemente no sea transferible al nivel de módulo, por lo que aún no estoy seguro de que el DARC se utilice en la producción industrial.”

El dispositivo se presentó en el artículo “Large-area bifacial n-TOPCon solar cells with in situ phosphor-doped LPCVD poly-Si passivating contacts“, publicado recientemente en Solar Energy Materials and Solar Cells. El grupo de investigación estaba formado por científicos de las entidades de investigación belgas KU Leuven, VITO, imec y UHasselt, así como de la Universidad de Kuwait.

 

 

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