Shallow B-implanted Emitters with Laser Overdoping from AlOx Passivating Layers

AbstractA simple process for the fabrication of selective emitter structures on n-PERT cells is investigated, using shallow Boron emitters obtained by ion implantation. By tuning the emitter doping process parameters, J0e values as low as 10 fA.cm-2 have been obtained with highly resistive profiles. Laser overdoping processes from AlOx passivating layers are tested on these profiles to locally increase the emitter conductivity and allow better contact properties. Through this process the emitter sheet resistance and doping profile may be locally controlled with a limited impact on the J0e values

TCO-free low-temperature p+ emitters for back-junction c-Si solar cells

In this work, we report on the fabrication and characterization of n-type c-Si solar cells whose p+ emitters are based on laser processed aluminum oxide/silicon carbide (Al2O3/SiCx) films. The p+ emitter is defined at the rear side of the cell and it consists of point-like laser-diffused p+ regions with a surface charge induced emitter in between based on the high negative charge located at the Al2O3/c-Si interface. These emitters are fabricated at low temperature (1000 nm) that reach the rear surface of the cell resulting in an excellent back reflector. We fabricated solar cells with distance between p+ regions or pitch ranging from 200 to 350 µm with a front surface based on silicon heterojunction technology. Best efficiency (18.1%) is obtained for a pitch of 250 µm as a consequence of the trade-off between Voc and FF values.Peer ReviewedPostprint (published version

Développement de cellules photovoltaïques à hétérojonctions silicium et contacts en face arrière

Cette thèse explore une nouvelle voie pour améliorer le rendement des cellules solaires à base de silicium cristallin. Cette nouvelle approche utilise la technologie des hétérojonctions a-Si:H / c-Si (Si-HJ) appliquée sur des structures à contacts en face arrière interdigités (IBC). Les dispositifs combinant ces deux technologies (Si-HJ IBC) peuvent théoriquement atteindre des rendements supérieurs à 25 % avec un procédé entièrement à basse température (? 200°C). Dans cette étude, les cellules solaires sont fabriquées sur des substrats c-Si de type n de 25 cm2. Les procédés de fabrication utilisés sont potentiellement adaptés à une industrialisation (PECVD, pulvérisation, sérigraphie, LASER, masques métalliques). Des couches a-Si:H ultra-minces (entre 5 et 30 nm) dopées sont utilisées pour réaliser les zones démetteur et de BSF en face arrière des cellules solaires. Des matériaux a-Si:H, a-SiNx:H, a-SiCx:H et ITO sont également étudiés pour des applications comme couches de passivation et / ou anti-reflet. Pour fabriquer les cellules Si-HJ IBC, différentes couches sont localisées à laide de masques métalliques structurés et alignés mécaniquement. Le plus haut rendement atteint par les dispositifs Si-HJ IBC réalisés atteint ici 12.7%. Il sagit, à notre connaissance, du meilleur résultat obtenu au niveau mondial par ce genre de structures sur du c-Si de type n. Les performances des dispositifs expérimentaux restent principalement limitées par une faible valeur de FF. Des modélisations 2D des structures Si-HJ IBC montrent que la conception de lémetteur et de son contact en face arrière peut entraîner des limitations à la fois sur ce FF mais également sur le Jcc. Ces phénomènes peuvent être attribués à une résistance série « distribuée » importante sur les cellules Si-HJ IBC. Différentes perspectives damélioration sont proposées, au niveau de la géométrie de la structure principalement. Ces optimisations devraient permettre à la fois une simplification des cellules Si-HJ IBC ainsi que laugmentation de leur rendement

Développement de cellules photovoltaïques à hétérojonctions silicium et contacts en face arrière

Cette thèse explore une nouvelle voie pour améliorer le rendement des cellules solaires à base de silicium cristallin. Cette nouvelle approche utilise la technologie des hétérojonctions a-Si:H / c-Si (Si-HJ) appliquée sur des structures à contacts en face arrière interdigités (IBC). Les dispositifs combinant ces deux technologies (Si-HJ IBC) peuvent théoriquement atteindre des rendements supérieurs à 25 % avec un procédé entièrement à basse température (<= 200C). Dans cette étude, les cellules solaires sont fabriquées sur des substrats c-Si de type n de 25 cm2. Les procédés de fabrication utilisés sont potentiellement adaptés à une industrialisation (PECVD, pulvérisation, sérigraphie, LASER, masques métalliques). Des couches a-Si:H ultra-minces (entre 5 et 30 nm) dopées sont utilisées pour réaliser les zones d émetteur et de BSF en face arrière des cellules solaires. Des matériaux a-Si:H, a-SiNx:H, a-SiCx:H et ITO sont également étudiés pour des applications comme couches de passivation et / ou anti-reflet. Pour fabriquer les cellules Si-HJ IBC, différentes couches sont localisées à l aide de masques métalliques structurés et alignés mécaniquement. Le plus haut rendement atteint par les dispositifs Si-HJ IBC réalisés atteint ici 12.7%. Il s agit, à notre connaissance, du meilleur résultat obtenu au niveau mondial par ce genre de structures sur du c-Si de type n. Les performances des dispositifs expérimentaux restent principalement limitées par une faible valeur de FF. Des modélisations 2D des structures Si-HJ IBC montrent que la conception de l émetteur et de son contact en face arrière peut entraîner des limitations à la fois sur ce FF mais également sur le Jcc. Ces phénomènes peuvent être attribués à une résistance série distribuée importante sur les cellules Si-HJ IBC. Différentes perspectives d amélioration sont proposées, au niveau de la géométrie de la structure principalement. Ces optimisations devraient permettre à la fois une simplification des cellules Si-HJ IBC ainsi que l augmentation de leur rendement.This thesis explores a new way to enhance the efficiency of solar cells based on crystalline silicon. This new approach uses a-Si:H / c-Si heterojunctions (Si-HJ) technology applied on Interdigitated Back Contact (IBC) structures. Devices combining both technologies can theoretically reach more than 25 % efficiency using a low temperature (= 200 C) fabrication process. In this study, solar cells are fabricated on 25 cm2 n-type c-Si substrates. The fabrication processes which are used are potentially suitable with industrialization (PECVD, sputtering, screen-printing, LASER, metallic masks). Ultra-thin (between 5 and 30 nm) doped a-Si:H layers are used to fabricate both emitter and BSF regions at the rear of the solar cells. Different a-Si:H, a-SiNx:H, a-SiCx:H and ITO materials are also studied to be applied as passivating and / or anti-reflective coatings. To fabricate Si-HJ IBC solar cells, different layers are localized through the use of patterned metallic masks which are mechanically aligned. The highest efficiency obtained by Si-HJ IBC devices reach here 12.7% efficiency. This is to our knowledge the best result worldwide on n-type c-Si for this structure. The performances of experimental devices are mainly limited by a low FF value. 2D-modelling of Si-HJ IBC shows that the rear emitter and contact design can lead to some limitations on the FF, but also on the Jsc values. This phenomenon can be attributed to a large "distributed" series resistance in the Si-HJ IBC cells. Different ways to enhance the cell geometry are proposed, as well as a simplified fabrication process. These optimizations should help to obtain Si-HJ IBC solar cells with higher efficiency.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Probing hidden conduction mechanisms in diced silicon solar cells by low frequency noise analysis

International audienc

Parasitic oscillation in the low-frequency noise characterization of solar cells

International audienceThe analysis of low-frequency noise in solar cells is a very useful tool for defect characterization or understanding of fluctuation mechanisms in photodiodes. This type of noise characterization can however be limited by the presence of an undesired peak in the frequency spectra, caused by an oscillation in the measured current. It is shown in this work that this phenomenon originates in the interaction between the noise measurement system and the test structures of the solar cells, which usually introduce a high parasitic capacitance. Through experimental measurements, the link between the center frequency of the peak and the sensitivity of the noise measurement amplifier, as well as the solar cell surface area were explored. Finally, it is shown that, for characterization purposes, the oscillation peak could be pushed to higher frequencies by measuring smaller area cells or attenuated by choosing electrode shapes that enhance the device series resistance

Bifacial crystalline silicon homojunction cells contacted with highly resistive TCO layers

International audienceThis study explores the needed properties of Transparent Conductive Oxides (TCOs) for bifacial homojunctionsolar cells with potentially passivated contacts. TCO layers with different electrical and optical properties have been testedon both sides of n-type homojunction cells. The high lateral conductivity provided by the diffused emitter and back surfacefield (BSF) greatly reduces the constraints on TCO electrical properties in such structures. An understanding of the requiredproperties of TCO for advanced homojunction applications is given. Hence different O2-rich Indium Tin oxide (ITO) layersare analyzed optically and electrically before being implemented in homojunction solar cells to evaluate their influence onthe device performances. All in all moderately conductive TCOs are shown to be suitable for such applications, allowingbetter optical properties without inducing resistive losses in the devices

Développement de TCO sans Indium pour les cellules solaires silicium à contacts passivés

International audienc

Optimizing TCO layers for Novel Bifacial Crystalline Silicon Homojunction Solar Cells integrating Passivated Contacts

International audienceThis study aims at understanding and optimizing the properties of transparent conductive oxides when applied on a homojunction doped silicon solar cells. Thus it deals with contact formation for passivated contact homojunction solar cells, hence the choice of the topic 2.2. Silicon cells: Homojunction solar cells