Un grupo de investigadores dirigido por el Instituto de Investigación de Energía Solar Hamelin (ISFH) de Alemania ha fabricado una célula solar de unión trasera de polisilicio sobre óxido (POLO) de tipo n+ con una pila de capas de pasivación a base de óxido de aluminio (AlOx) y nitruro de silicio (SiNy).
«Nuestro estudio muestra por primera vez una limpieza y pasivación industrial eficaz para la cara frontal texturizada no difusa con una excelente calidad de pasivación», declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Byungsul Min. En concreto, la pila de capas de pasivación de AlOx/SiNy se fabrica con un sistema industrial de deposición química en fase vapor mejorada por plasma (PECVD) con una fuente de plasma de baja frecuencia (LF) que resulta mucho más rentable que los sistemas de deposición de capas atómicas (ALD) o los sistemas PECVD con una fuente de plasma de alta frecuencia (HF)».
La novedosa tecnología de células se presentó en el artículo «24.2% efficient POLO back junction solar cell with an AlOx/SiNy dielectric stack from an industrial-scale direct plasma-enhanced chemical vapor deposition system» (Célula solar de unión posterior POLO con eficiencia del 24,2 % y pila dieléctrica AlOx/SiNy de un sistema de deposición química en fase de vapor mejorada con plasma directo a escala industrial), publicado en Progress in Photovoltaics. «Nuestros resultados muestran un camino para la industrialización de conceptos novedosos de células sin difusión en la parte frontal como nuestra célula solar de unión trasera POLO, pero también es relevante para un concepto dominante como TOPCon que utiliza principalmente el sistema ALD para su capa de AlOx».
El grupo construyó una célula POLO de 156,75 mm x 156,75 mm con una oblea de silicio dopada con galio y cultivada por Czochralski con una resistividad de 0,73 Ωcm. Para depositar la capa de AlOx utilizó un sistema industrial de LF-PECVD por lotes proporcionado por el fabricante alemán de equipos fotovoltaicos Centrotherm, cuyos investigadores también colaboraron en la investigación. «Después adaptamos la receta variando el grosor de la capa de óxido de silicio (SiO2) bajo la capa de AlOx entre 0 y 2 nm, el grosor de la capa de AlOx entre 5 y 15 nm de grosor, y el índice de refracción de la capa de SiNy entre 2,05 y 2,4», explicaron los investigadores.
También construyeron un dispositivo de referencia basado en una oblea texturizada dopada con galio y cultivada por Czochralski con una resistividad de 0,9 Ωcm que se pasivó con una capa de AlOx de 10 nm de grosor depositada por ALD y una capa de SiN y. «Tras la serigrafía de la rejilla de aluminio en la parte delantera y la rejilla de plata en la parte trasera, las muestras se sometieron a cocción conjunta en un horno de cinta a las temperaturas de cocción máximas entre 800 ºC y 810 ºC», explicaron además.
Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula POLO alcanzó una eficiencia de conversión energética del 24,2%, una tensión de circuito abierto de 725 mV, una densidad de corriente de cortocircuito de 40,2 mA/cm2 y un factor de llenado del 83,0%, resultados confirmados por ISFH CalTeC. El dispositivo de referencia alcanzó una eficiencia del 24,1%, una tensión de circuito abierto de 725 mV, una densidad de cortocircuito de 39,9 mA/cm2 y un factor de llenado del 83,2%.
«La integración de esta secuencia de pasivación en nuestro actual flujo de procesos para células solares POLO BJ se ha demostrado con éxito con células solares POLO BJ, que muestran eficiencias celulares incluso superiores a las de referencia fabricadas con procesos a escala de laboratorio», concluyeron los investigadores.
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