The new epitaxial base cell as a high efficiency Si solar cell was fabricated and the effect of buried contact on the cell characteristics was investigated. In our experiments, the cell with buried contact showed the open circuit voltage of 0.62 V, the short circuit current of 40 mA, the fill factor of 0.7, and the efficiency of 10% under the incident light of AM-1 100 ㎽/$\textrm{cm}^2$. The insertion of buried contact in the epitaxial base structure brought the fabricated cell to the efficiency improvement of about 33%. The cell proposed in this paper has the structural superiority in the fabrication of high efficiency solar cell due to the carrier drift transport in the optical absorption region and the formation of back surface field by $p^{-}$$p^{+}$ epitaxial base, and the reduction of emitter series resistance by n+ buried contact.
Pham, Hong Nhung;Jang, Yoon Hee;Park, Bo-In;Lee, Seung Yong;Lee, Doh-Kwon
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.426.2-426.2
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2016
Numerous of researches are being conducted to improve the efficiency of $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe)-based photovoltaic devices, which is one of the most promising candidates for low cost and environment-friendly solar cells. In this work, we concentrate on the back contact of the devices. A proper thickness of $MoSe_2$ in back contact structure is believed to enhance adhesion and ohmic contact between Mo back contact and absorber layer. Nevertheless, too thick $MoSe_2$ layers that are grown during high-temperature selenization process can impede the current collection, thus resulting in low cell performance. By applying molybdenum nitride as a barrier in back contact structure, we were able to control the thickness of $MoSe_2$ layer, which resulted in lower series resistance and higher fill factor of CZTSe devices. The phase transformation of Mo-N binary system was systematically studied by changing $N_2$ concentration during the sputtering process. With a proper phase of Mo-N fabricated by using an adequate partial pressure of $N_2$, the efficiency of CZTSe solar cells as high as 8.31% was achieved while the average efficiency was improved by about 2% with respect to that of the referent cells where no barrier layer was employed.
Screen printing method is a common way to fabricate the crystalline silicon solar cell with low-cost and high-efficiency. The screen printing metallization use silver paste and aluminum paste for front and rear contact, respectively. Especially the rear contact between aluminum and silicon is important to form the back surface filed (Al-BSF) after firing process. BSF plays an important role to reduces the surface recombination due to $p^+$ doping of back surface. However, Al electrode on back surface leads to bow occurring by differences in coefficient of thermal expansion of the aluminum and silicon. In this paper, we studied the properties of mono crystalline silicon solar cell for rear electrode with aluminum and aluminum-boron in order to characterize bow and BSF of each paste. The 156*156 $m^2$ p-type silicon wafers with $200{\mu}m$ thickness and 0.5-3 ${\Omega}\;cm$ resistivity were used after texturing, diffusion, and antireflection coating. The characteristics of solar cells was obtained by measuring vernier callipers, scanning electron microscope and light current-voltage. Solar cells with aluminum paste on the back surface were achieved with $V_{OC}$ = 0.618V, JSC = 35.49$mA/cm^2$, FF(Fill factor) = 78%, Efficiency = 17.13%.
To improve the blue responses of screen-printed single crystalline silicon solar cells, we investigated an emitter etch-back technique to obtain high emitter sheet resistances, where the defective dead layer on the emitter surface was etched and became thinner as the etch-back time increased, resulting in the monotonous increase of short circuit current and open circuit voltage. We found that an optimal etch-back time should be determined to achieve the maximal performance enhancement because of fill factor decrease due to a series resistance increment mainly affected by contact and lateral resistance in this case. To elucidate the reason for the fill factor decrease, we studied the resistance analysis by potential mapping to determine the contact and the lateral series resistance. As a result, we found that the fill factor decrease was attributed to the relatively fast increase of contact resistance due to the dead layer thinning down with the lowest contact resistivity when the emitter was contacted with screen-printed silver electrode.
To improve the blue responses of screen-printed single crystalline silicon solar cells, we investigated an emitter etch-back technique to obtain high emitter sheet resistances, where the defective dead layer on the emitter surface was etched and became thinner as the etch-back time increased, resulting in the monotonous increase of short circuit current and open circuit voltage. We found that an optimal etch-back time should be determined to achieve the maximal performance enhancement because of fill factor decrease due to a series resistance increment mainly affected by contact and lateral resistance in this case. To elucidate the reason for the fill factor decrease, we studied the resistance analysis by potential mapping to determine the contact and the lateral series resistance. As a result, we found that the fill factor decrease was attributed to the relatively fast increase of contact resistance due to the dead layer thinning down with the lowest contact resistivity when the emitter was contacted with screen-printed silver electrode.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.687-687
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2013
In rearpoint contact solar cell and the PERC (passivated emitter rear contact) type cell, surfaces were passivated by SiO2 or Al2O3 to increase solar cell efficiency. Therefore, we have investigated the effect of surface passivation for crystalline silicon solarcell using mass-production atomic layer deposited (ALD) Al2O3. The patttern which consists of cylinders with 100um diameter and 5um height was formed by PR patterning on Si (100) substrate and then Al2O3 of about 10nm and 20nm thickness was deposited by ALD. The pattern in 10 nm Al2O3 film was removed by dipping in aceton solution for about 10 min but the pattern in 20 nm Al2O3 film was not. The influences of process temperature and heat treatment were investigated using microwave photoconductance decay (PCD) and Quasi-Steady-State photoconductance (QSSPC). The solar cell process used in this work combines the advantage of using the applicability of a selective deposition associated with a ALD passivation and the use of low-cost screen print for the contacts formation.
국부적 후면 전극(LBC)형성은 결정질 실리콘 태양전지에서 고효율과 저가화를 동시에 달성할 수 있는 기술이다. 후면 표면 passivation과 국부적 후면 전극 형성을 통해서 후면 재결합 속도를 낮출 수 있고 이를 통해 효율향상을 기대해볼 수 있다. 본 연구에서는 PECVD를 이용한 LBC(local back contact) cell의 후면 passivation 박막을 형성하였고 접합면적에 따른 전기적 특성을 분석해 보았다. LBC cell을 위한 후면 passivation 박막은 PECVD를 이용한 ONO박막을 사용하였고, 후면 opening 형성에 etching paste를 이용하였다. Opening size는 0.4mm,0.5mm,0.7mm로 형성하여 cell을 제작하고 효율을 분석하였다. 실험결과 opening size가 0.4mm일때 전극의 접촉면적이 15.96%, 0.5mm일때 10.22%, 0.7mm일때 5.17%로 형성됨을 확인할 수 있었다. Opening size가 0.4mm일 때 cell의 효율이 가장 우수함을 IQE 및 LIV 결과를 통해 확인 할 수 있었다. 결과적으로 접촉면적이 증가함에 따라 전극에서 수집되는 carrier의 양이 증가하고 셀 효율역시 향상됨을 확인 할 수 있었다.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2006.10a
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pp.4-5
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2006
This paper represents modeling and optimization techniques for solar cell process on single-crystalline float zone (FZ) wafers with high efficiency; There were the four significant processes : i)emitter formation by diffusion, anti-reflection-coating (ARC) with silicon nitride using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD); iii)screen-printing for front and back metallization; and iv)contact formation by firing. In order to increase the performance of solar cells, the contact formation process is modeled and optimized. This paper utilizes the design of experiments (DOE) in contact formation to reduce process time, fabrication costs. The experiments were designed by using central composite design which is composed of $2^4$ factorial design augmented by 8 axial points with three center points. After contact formation process, the efficiency of the solar cell is modeled using neural networks. This model is used to analyse the characteristics of the process, and to optimize the process condition using genetic algorithms (GA). Finally, find optimal recipe for solar cell efficiency.
The traditional silicon heterojunction solar cells consist of intrinsic amorphous silicon to prevent recombination of the silicon surface and doped amorphous silicon to transport the photo-generated electrons and holes to the electrode. Back contact solar cells with silicon heterojunction exhibit very high open-circuit voltages, but the complexity of the process due to form the emitter and base at the backside must be addressed. In order to solve this problem, the structure, manufacturing method, and new materials enabling the carrier selective contact (CSC) solar cell capable of achieving high efficiency without using a complicated structure have recently been actively developed. CSC solar cells minimize carrier recombination on metal contacts and effectively transfer charge. The CSC structure allows very low levels of recombination current (eg, Jo < 9fA/cm2), thereby achieves high open-circuit voltage and high efficiency. This paper summarizes the core technology of CSC solar cell, which has been spotlighted as the next generation technology, and is aiming to speed up the research and development in this field.
There are some methods for increasing efficiency of crystalline silicon solar cells. Among them, It is important to reduce the recombination loss of surface for high efficiency. In order to reduce recombination loss is a way to use the BSF(Back Surface Field). The BSF on the back of the p-type wafer forms a p+layer. so, it is prevented to act electrons of the p-area for the rear recombination. As a result, the leakage current is reduced and the rear-contact has a good Ohmic contact. therefore, open-circuit-voltage and Fill factor(FF) of solar cells are increased. This paper investigates the formation of rear contact process comparing Aluminum-paste(Al-paste) with Aluminum-Metal(99.9%). It is shown that the Aluminum-Metal provides high conductivity and low contact resistance of $21.35m{\Omega}cm$ using the Vacuum evaporation process but, it is difficult to apply the standard industrial process because high Vacuum is needed and it costs a tremendous amount more than Al-paste. On the other hand, using the Al-paste process by screen printing is simple for formation of metal contact and it is possible to produce the standard industrial process. however, it is lower than Aluminum-Metal(99.9) of conductivity because of including mass glass frit. In this study, contact resistances were measured by 4-point prove. each of contact resistances is $21.35m{\Omega}cm$ of Aluminum-Metal and $0.69m{\Omega}cm$ of Al-paste. and then rear contact have been analyzed by Scanning Electron Microscopy(SEM).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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