Title

Desarrollo de celdas solares de heterounión c-Si / a-Si:H

Author

JOSE DE JESUS MARTINEZ BASILIO

Contributor

PEDRO ROSALES QUINTERO (Thesis Adviser)

MARIO MORENO MORENO (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

This work is focused on the design, manufacture and characterization of pin and nip heterojunction solar cells. These solar cells were made on crystalline silicon with depositions of intrinsic and doped hydrogenated amorphous silicon thin films, at low temperatures (< 200 ºC) by means of the Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) Technique.

Nip solar cells were made on p-type crystalline silicon with an intrinsic buffer layer and n-type hydrogenated amorphous silicon thin film. A layer of Oxide Tin Film was deposited as a transparent conductive oxide (TCO). The metal contacts were formed by aluminum evaporation. Pin solar cells were made on n-type crystalline silicon with an intrinsic buffer layer and p-type hydrogenated amorphous silicon thin film. The characterization was carried out by obtaining the current - voltage curves under illumination using a lamp with a known irradiance. In this way, the short circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc) and efficiency were obtained.

Also, an analysis about the effect of varying the flow rates of phosphine and diborane in the deposition of the amorphous films (n and p type, respectively) was performed, aiming to study their influence in the characteristics of the performance of the solar cells. It has found that the best efficiency was achieved with the deposition of an a-Si:H thin film doped with diborane with flow of 10 sccm. It was found that the main limiting factor in the efficiency of the cells was a high resistance due to the non ohmic metal-semiconductor contacts. Several techniques were used to reduce the series resistance in the cells and therefore increase the fill factor and the efficiency. However, that was not achieved in a satisfactory way.

Moreover, a simulation study was performed in the cells, varying the resistance value of the back metal-semiconductor contact. It was found that a resistance value of above 10 - 20 Ωcm2 results in a fill factor very small and consequently in a very low efficiency of the solar cells. Finally, we can conclude that the developed process in the present thesis, has the potential to fabricate cells with better characteristics and larger efficiencies, once that the large series resistance has been reduced.

En el presente trabajo se realizó la fabricación y caracterización de celdas solares de hetero unión nip y pin. Las cuales fueron fabricadas sobre sustratos de silicio cristalino, donde posteriormente se depositaron películas delgadas de silicio amorfo intrínseco y silicio amorfo dopado, a bajas temperaturas (≤ 200ºC) por medio de la técnica de Depósito Químico en Fase Vapor Asistido por Plasma (PECVD).

Para la fabricación de celdas nip se utilizaron sustratos de silicio cristalino tipo p, sobre el cual se depositó una película delgada de a-Si:H intrínseco y, posteriormente, una película delgada de silicio amorfo hidrogenado dopado con fósforo, es decir a-Si:H tipo n, como capa anti reflejante se utilizó una película de Óxido de Indio Estaño ITO (Indium Tin Oxide) y finalmente, los contactos metálicos se realizaron por medio de evaporación de aluminio. Las celdas pin se fabricaron sobre silicio cristalino tipo n, sobre el cual se depositaron películas delgadas de silicio amorfo intrínseco y silicio amorfo dopado con boro, es decir a-Si:H tipo p . La caracterización se llevó a cabo por medio de la obtención de curvas corriente voltaje bajo iluminación, usando una lámpara de irradiancia conocida. De esta manera se extrajeron los parámetros de la densidad de corriente de corto circuito (Jsc), el voltaje de circuito abierto (Voc) y la eficiencia del dispositivo.

También se realizó un análisis sobre el efecto al variar los flujos de los gases dopantes en las películas amorfas (tipo n y p, respectivamente), con el objetivo de estudiar su influencia en las características de desempeño de las celdas fabricadas. Los resultados obtenidos muestran que el mejor desempeño de la celda se obtuvo al depositar una película de a-Si:H dopado

con boro con un flujo de 10 sccm, logrando obtener una eficiencia del 5.8%. Se encontró que la principal limitante de la eficiencia de las celdas solares fabricadas fue una alta resistencia en serie debido a los contactos no óhmicos metal-semiconductor y/o al efecto de tener una película intrínseca de un grosor mayor a 5 nm. Se utilizaron distintas técnicas para reducir la resistencia en serie en las celdas y de esta manera lograr un mayor factor de llenado y una mayor eficiencia. Sin embargo no fue posible reducirla.

Para confirmar que la resistencia en serie estaba limitando el funcionamiento de las celdas solares, se realizaron diversas simulaciones.

Publisher

Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Publish date

December, 2011

Publication type

Master thesis

Publication version

Accepted Version

Format

application/pdf

Language

Spanish

Audience

Students

Researchers

General public

Citation suggestion

Martinez Basilio J.J.

Source repository

Repositorio Institucional del INAOE

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