Simulaciones numéricas de celdas de silicio cristalino para uso espacial

Se efectuaron simulaciones numéricas de celdas de silicio para uso espacial con estructura n+pp+ y n+p, espesores entre 100 μm y 300 μm, con y sin pasivación de la cara posterior (c.p.), resistividades de la base entre 1 Ωcm y 10 Ωcm, y en condiciones BOL (beginning of life) y EOL (end of life). Se analizó la influencia de la estructura de la celda, el espesor de la misma y el daño por radiación sobre la respuesta eléctrica de los dispositivos. Se encontró, entre otros resultados, que la pasivación es más efectiva que el BSF (back surface field) para combatir la recombinación superficial; además, una vez pasivada la c.p., el BSF introduce sólo una pequeña mejora. Asimismo, se observó el aumento de la resistencia al daño por radiación con la resistividad de la base ρb, en paralelo a una cierta disminución de la eficiencia con ρb.Numerical simulations of Si solar cells for space applications were performed. The following cases were considered: structure n+pp+ and n+p, thickness between 100 μm and 300 μm, passivated and non-passivated rear surface, base resistivities from 1 Ωcm to 10 Ωcm, and BOL (beginning of life) and EOL (end of life) conditions. The influence of these cell characteristics on the electrical response was analyzed. It was found that, among other results, the passivation of the rear surface is more efficient than the BSF (back surface field) in order to diminish rear surface recombination. Furthermore, once the rear surface is passivated, BSF introduces just a little enhancement. Another result is the improvement of the resistance to radiation damage for higher base resistivity ρb, although BOL efficiency in these cases is a bit lower.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Películas dieléctricas antirreflectantes-pasivantes en celdas solares de silicio cristalino para uso espacial

La reflectividad es un parámetro que influye sobre la eficiencia de las celdas solares de Si cristalino. Para reducir la reflectividad, una de las técnicas que se utilizan habitualmente es la deposición de películas dieléctricas de índice y espesor apropiados, siendo el TiO2 un material de características adecuadas. Consecuentemente se propusieron, optimizaron y fabricaron bicapas de TiO2/SiO2 sobre Si cristalino, donde el SiO2 posee características pasivantes. La optimización numérica fue realizada considerando el sistema MgF2-vidrio-TiO2- SiO2- Si, el espectro solar AM0 y una respuesta espectral típica de celdas solares de Si cristalino, teniendo como objetivo la aplicación en ambiente espacial. La fabricación de las bicapas de TiO2/SiO2 se realizó mediante un proceso térmico en ambiente oxidante luego de depositar una película de Ti sobre la oblea de Si por evaporación en cámara de vacío. Se presentan resultados de la caracterización óptica de las bicapas obtenidas.The reflectivity reduces the silicon solar cells efficiency, and dielectric coatings with appropriate refractive index and thickness are usually used to minimize this reflectivity. Hence, TiO2/SiO2 multilayers on crystalline silicon were optimized and elaborated, where SiO2 acts passivating the Si surface. In the numeric optimization was considered the structure MgF2- glass-TiO2- SiO2- Si, the AM0 solar spectrum, and a typical crystalline silicon solar cell spectral response, keeping in mind the space application of these devices. To obtain the TiO2/SiO2 double layer, titanium films were deposited in a vacuum chamber and then the sample was annealed in oxygen at high temperatures. Results of the optical characterization are presented.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Simulaciones numéricas de celdas de silicio cristalino para uso espacial

Se efectuaron simulaciones numéricas de celdas de silicio para uso espacial con estructura n+pp+ y n+p, espesores entre 100 μm y 300 μm, con y sin pasivación de la cara posterior (c.p.), resistividades de la base entre 1 Ωcm y 10 Ωcm, y en condiciones BOL (beginning of life) y EOL (end of life). Se analizó la influencia de la estructura de la celda, el espesor de la misma y el daño por radiación sobre la respuesta eléctrica de los dispositivos. Se encontró, entre otros resultados, que la pasivación es más efectiva que el BSF (back surface field) para combatir la recombinación superficial; además, una vez pasivada la c.p., el BSF introduce sólo una pequeña mejora. Asimismo, se observó el aumento de la resistencia al daño por radiación con la resistividad de la base ρb, en paralelo a una cierta disminución de la eficiencia con ρb.Numerical simulations of Si solar cells for space applications were performed. The following cases were considered: structure n+pp+ and n+p, thickness between 100 μm and 300 μm, passivated and non-passivated rear surface, base resistivities from 1 Ωcm to 10 Ωcm, and BOL (beginning of life) and EOL (end of life) conditions. The influence of these cell characteristics on the electrical response was analyzed. It was found that, among other results, the passivation of the rear surface is more efficient than the BSF (back surface field) in order to diminish rear surface recombination. Furthermore, once the rear surface is passivated, BSF introduces just a little enhancement. Another result is the improvement of the resistance to radiation damage for higher base resistivity ρb, although BOL efficiency in these cases is a bit lower.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Películas dieléctricas antirreflectantes-pasivantes en celdas solares de silicio cristalino para uso espacial

La reflectividad es un parámetro que influye sobre la eficiencia de las celdas solares de Si cristalino. Para reducir la reflectividad, una de las técnicas que se utilizan habitualmente es la deposición de películas dieléctricas de índice y espesor apropiados, siendo el TiO2 un material de características adecuadas. Consecuentemente se propusieron, optimizaron y fabricaron bicapas de TiO2/SiO2 sobre Si cristalino, donde el SiO2 posee características pasivantes. La optimización numérica fue realizada considerando el sistema MgF2-vidrio-TiO2- SiO2- Si, el espectro solar AM0 y una respuesta espectral típica de celdas solares de Si cristalino, teniendo como objetivo la aplicación en ambiente espacial. La fabricación de las bicapas de TiO2/SiO2 se realizó mediante un proceso térmico en ambiente oxidante luego de depositar una película de Ti sobre la oblea de Si por evaporación en cámara de vacío. Se presentan resultados de la caracterización óptica de las bicapas obtenidas.The reflectivity reduces the silicon solar cells efficiency, and dielectric coatings with appropriate refractive index and thickness are usually used to minimize this reflectivity. Hence, TiO2/SiO2 multilayers on crystalline silicon were optimized and elaborated, where SiO2 acts passivating the Si surface. In the numeric optimization was considered the structure MgF2- glass-TiO2- SiO2- Si, the AM0 solar spectrum, and a typical crystalline silicon solar cell spectral response, keeping in mind the space application of these devices. To obtain the TiO2/SiO2 double layer, titanium films were deposited in a vacuum chamber and then the sample was annealed in oxygen at high temperatures. Results of the optical characterization are presented.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Simulaciones numéricas de celdas de silicio cristalino para uso espacial

Se efectuaron simulaciones numéricas de celdas de silicio para uso espacial con estructura n+pp+ y n+p, espesores entre 100 μm y 300 μm, con y sin pasivación de la cara posterior (c.p.), resistividades de la base entre 1 Ωcm y 10 Ωcm, y en condiciones BOL (beginning of life) y EOL (end of life). Se analizó la influencia de la estructura de la celda, el espesor de la misma y el daño por radiación sobre la respuesta eléctrica de los dispositivos. Se encontró, entre otros resultados, que la pasivación es más efectiva que el BSF (back surface field) para combatir la recombinación superficial; además, una vez pasivada la c.p., el BSF introduce sólo una pequeña mejora. Asimismo, se observó el aumento de la resistencia al daño por radiación con la resistividad de la base ρb, en paralelo a una cierta disminución de la eficiencia con ρb.Numerical simulations of Si solar cells for space applications were performed. The following cases were considered: structure n+pp+ and n+p, thickness between 100 μm and 300 μm, passivated and non-passivated rear surface, base resistivities from 1 Ωcm to 10 Ωcm, and BOL (beginning of life) and EOL (end of life) conditions. The influence of these cell characteristics on the electrical response was analyzed. It was found that, among other results, the passivation of the rear surface is more efficient than the BSF (back surface field) in order to diminish rear surface recombination. Furthermore, once the rear surface is passivated, BSF introduces just a little enhancement. Another result is the improvement of the resistance to radiation damage for higher base resistivity ρb, although BOL efficiency in these cases is a bit lower.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Películas dieléctricas antirreflectantes-pasivantes en celdas solares de silicio cristalino para uso espacial

La reflectividad es un parámetro que influye sobre la eficiencia de las celdas solares de Si cristalino. Para reducir la reflectividad, una de las técnicas que se utilizan habitualmente es la deposición de películas dieléctricas de índice y espesor apropiados, siendo el TiO2 un material de características adecuadas. Consecuentemente se propusieron, optimizaron y fabricaron bicapas de TiO2/SiO2 sobre Si cristalino, donde el SiO2 posee características pasivantes. La optimización numérica fue realizada considerando el sistema MgF2-vidrio-TiO2- SiO2- Si, el espectro solar AM0 y una respuesta espectral típica de celdas solares de Si cristalino, teniendo como objetivo la aplicación en ambiente espacial. La fabricación de las bicapas de TiO2/SiO2 se realizó mediante un proceso térmico en ambiente oxidante luego de depositar una película de Ti sobre la oblea de Si por evaporación en cámara de vacío. Se presentan resultados de la caracterización óptica de las bicapas obtenidas.The reflectivity reduces the silicon solar cells efficiency, and dielectric coatings with appropriate refractive index and thickness are usually used to minimize this reflectivity. Hence, TiO2/SiO2 multilayers on crystalline silicon were optimized and elaborated, where SiO2 acts passivating the Si surface. In the numeric optimization was considered the structure MgF2- glass-TiO2- SiO2- Si, the AM0 solar spectrum, and a typical crystalline silicon solar cell spectral response, keeping in mind the space application of these devices. To obtain the TiO2/SiO2 double layer, titanium films were deposited in a vacuum chamber and then the sample was annealed in oxygen at high temperatures. Results of the optical characterization are presented.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Estudio de celdas solares basadas en materiales III-V

Los dispositivos fotovoltaicos basados en semiconductores III-V se utilizan como fuente de potencia de satélites y otros vehículos espaciales debido a su alta eficiencia y resistencia a la radiación. En particular, los paneles solares de las próximas misiones satelitales argentinas contarán con celdas de triple juntura, ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge fabricadas por la empresa Emcore. Se realizaron simulaciones numéricas de celdas solares basadas en materiales III-V, estableciéndose para ello una colaboración entre grupos del INTEC y la CNEA. Los cálculos fueron realizados mediante el código D-AMPS-1D el que permite evaluar, entre otras características, las curvas JV bajo iluminación y en oscuridad, la respuesta espectral, la distribución del campo eléctrico en el dispositivo, y la concentración de portadores libres y atrapados. Se presenta el estudio de homojunturas n-p basadas en InGaP, GaAs y Ge, materiales que conforman la mencionada celda de triple juntura, habiéndose llegado a un buen acuerdo entre los parámetros eléctricos simulados en este trabajo y los experimentales presentados en la literatura. Asimismo, se presentan resultados preliminares de la interconexión de las tres homojunturas simuladas para dar lugar a la simulación de una celda triple juntura InGaP/GaAs/Ge. Esta actividad permitirá aportar en el futuro conocimientos para el diseño, predicción del funcionamiento y optimización de este tipo de dispositivos.Photovoltaics devices based on III-V semiconductors were used as power supply of satellites and other spacial vehicles because their high efficiency and resistance to the radiation. In particular, the next Argentine satellites space missions will use solar arrays with triple junction solar cells, ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge developed by Emcore Photovoltaics. Numerical simulation of III-V solar cells device was performed, a scientific collaboration between INTEC and CNEA was established. Calculations were performed by using the D-AMPS-1D, this code between other charlacteristics evaluates the JV curve under dark and under illumination, the spectral response, the electric field distribution and the free and trapped carrier concentrations. In this work, the n-p homojunction study based in InGaP, GaAs y Ge was presented. These materials represent the constituents of a triple junction. The results of the numerical simulations show a good agreement with the experimental ones already reported in the literature. Furthermore, preliminary results of a triple junction simulation are presented. This activity facilitates the knowledge for the design, the working prediction and the optimisation of these devices.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Desarrollo de un equipo de medición de respuesta espectral en celdas solares multijuntura: última etapa

Con anterioridad se presentaron diferentes etapas del desarrollo de un dispositivo para la medición de Respuesta Espectral (RE) de celdas solares multijuntura y otros dispositivos fotovoltaicos. En la actualidad este equipo se encuentra totalmente funcional presentándose, como última etapa necesaria para la medición de RE de celdas triple juntura, la calibración de un patrón de RE que abarque las longitudes de ondas entre 300 nm y 1900 nm. Dicho patrón, o celda de referencia, se obtuvo a partir de una celda de triple juntura ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge calibrada provista por Emcore Corp., calibración que fue transferida a otras dos celdas ATJ especialmente acondicionadas para su uso como celdas de referencia en las mediciones. En este trabajo se muestra el proceso llevado a cabo para dicha transferencia, así como la estimación del error asociado. Por último, se muestra la aplicación del nuevo patrón en la medición de RE sobre una celda ATJ antes y después de un ensayo de daño por radiación con protones de 10 MeV.In previous contributions were presented different stages of the development of a setup for measuring spectral response (SR) on multijunction solar cells and other photovoltaic devices. At present, this setup is fully functional and here is presented, as the last step necessary for the measurement of SR on triple junction solar cells, the calibration of a pattern to cover the wavelengths between 300 nm and 1900 nm. The pattern was obtained using a calibrated ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP-GaAs-Ge cell acquired from Emcore Corp, by transferring this calibration to other ATJ cells specially conditioned to this use. This paper shows the process carried out for this transfer as well as the estimation of the error produced in this transfer. Finally, the new standard was used in the measurement of SR before and after proton irradiation of an ATJ cell.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Desarrollo de un equipo de medición de respuesta espectral en celdas solares multijuntura: última etapa

Con anterioridad se presentaron diferentes etapas del desarrollo de un dispositivo para la medición de Respuesta Espectral (RE) de celdas solares multijuntura y otros dispositivos fotovoltaicos. En la actualidad este equipo se encuentra totalmente funcional presentándose, como última etapa necesaria para la medición de RE de celdas triple juntura, la calibración de un patrón de RE que abarque las longitudes de ondas entre 300 nm y 1900 nm. Dicho patrón, o celda de referencia, se obtuvo a partir de una celda de triple juntura ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge calibrada provista por Emcore Corp., calibración que fue transferida a otras dos celdas ATJ especialmente acondicionadas para su uso como celdas de referencia en las mediciones. En este trabajo se muestra el proceso llevado a cabo para dicha transferencia, así como la estimación del error asociado. Por último, se muestra la aplicación del nuevo patrón en la medición de RE sobre una celda ATJ antes y después de un ensayo de daño por radiación con protones de 10 MeV.In previous contributions were presented different stages of the development of a setup for measuring spectral response (SR) on multijunction solar cells and other photovoltaic devices. At present, this setup is fully functional and here is presented, as the last step necessary for the measurement of SR on triple junction solar cells, the calibration of a pattern to cover the wavelengths between 300 nm and 1900 nm. The pattern was obtained using a calibrated ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP-GaAs-Ge cell acquired from Emcore Corp, by transferring this calibration to other ATJ cells specially conditioned to this use. This paper shows the process carried out for this transfer as well as the estimation of the error produced in this transfer. Finally, the new standard was used in the measurement of SR before and after proton irradiation of an ATJ cell.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Estudio de celdas solares basadas en materiales III-V

Los dispositivos fotovoltaicos basados en semiconductores III-V se utilizan como fuente de potencia de satélites y otros vehículos espaciales debido a su alta eficiencia y resistencia a la radiación. En particular, los paneles solares de las próximas misiones satelitales argentinas contarán con celdas de triple juntura, ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge fabricadas por la empresa Emcore. Se realizaron simulaciones numéricas de celdas solares basadas en materiales III-V, estableciéndose para ello una colaboración entre grupos del INTEC y la CNEA. Los cálculos fueron realizados mediante el código D-AMPS-1D el que permite evaluar, entre otras características, las curvas JV bajo iluminación y en oscuridad, la respuesta espectral, la distribución del campo eléctrico en el dispositivo, y la concentración de portadores libres y atrapados. Se presenta el estudio de homojunturas n-p basadas en InGaP, GaAs y Ge, materiales que conforman la mencionada celda de triple juntura, habiéndose llegado a un buen acuerdo entre los parámetros eléctricos simulados en este trabajo y los experimentales presentados en la literatura. Asimismo, se presentan resultados preliminares de la interconexión de las tres homojunturas simuladas para dar lugar a la simulación de una celda triple juntura InGaP/GaAs/Ge. Esta actividad permitirá aportar en el futuro conocimientos para el diseño, predicción del funcionamiento y optimización de este tipo de dispositivos.Photovoltaics devices based on III-V semiconductors were used as power supply of satellites and other spacial vehicles because their high efficiency and resistance to the radiation. In particular, the next Argentine satellites space missions will use solar arrays with triple junction solar cells, ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge developed by Emcore Photovoltaics. Numerical simulation of III-V solar cells device was performed, a scientific collaboration between INTEC and CNEA was established. Calculations were performed by using the D-AMPS-1D, this code between other charlacteristics evaluates the JV curve under dark and under illumination, the spectral response, the electric field distribution and the free and trapped carrier concentrations. In this work, the n-p homojunction study based in InGaP, GaAs y Ge was presented. These materials represent the constituents of a triple junction. The results of the numerical simulations show a good agreement with the experimental ones already reported in the literature. Furthermore, preliminary results of a triple junction simulation are presented. This activity facilitates the knowledge for the design, the working prediction and the optimisation of these devices.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES