In high-efficiency crystalline silicon solar cells, If high-efficiency solar cells are to be commercialized. It is need to develop superior contact formation method and material that can be inexpensive and simple without degradation of the solar cells ability. For reason of plated metallic contact is not only high metallic purity but also inexpensive manufacture. It is available to apply mass production. Especially, Nickel, Copper and Silver are applied widely in various electronic manufactures as easily formation is available by plating. The metallic contact system of silicon solar cell must have several properties, such as low contact resistance, easy application and good adhesion. Ni is shown to be a suitable barrier to Cu diffusion as well as desirable contact metal to silicon. Nickel monosilicide(NiSi) has been suggested as a suitable silicide due to its lower resistivity, lower sintering temperature and lower layer stress than $TiSi_2$. Copper and Silver can be plated by electro & light-induced plating method. Light-induced plating makes use the photovoltaic effect of solar cell to deposite the metal on the front contact. The cell is immersed into the electrolytic plating bath and irradiated at the front side by light source, which leads to a current density in the front side grid. Electroless plated Ni/ Electro&light-induced plated Cu/ Light-induced plated Ag contact solar cells result in an energy conversion efficiency of 14.68 % on $0.2{\sim}0.6{\Omega}{\cdot}cm,\;20{\times}20mm^2$, CZ(Czochralski) wafer.
We give a textured front on silicon wafer for high-efficiency solar cells by using micro contact printing method which uses PDMS (polydimethylsiloxane) silicon rubber as a stamp and SAM (self assembled monolayer)s as an ink. A random pyramidal texturing have been widely used for a front-surface texturing in low cost manufacturing line although the cell with random pyramids on front surface shows relatively low efficiency than the cell with inverted pyramids patterned by normal optical lithography. In the past two decades, the micro contact printing has been intensively studied in nano technology field for high resolution patterns on silicon wafer. However, this promising printing technique has surprisingly never applied so far to silicon based solar cell industry despite their simplicity of process and attractive aspects in terms of cost competitiveness. We employ a MHA (16-mercaptohexadecanoic acid) as an ink for Au deposited $SiO_2/Si$ substrate. The $SiO_2$ pattern which is same as the pattern printed by SAM ink on Au surface and later acts as a hard resist for anisotropic silicon etching was made by HF solution, and then inverted pyramidal pattern is formed after anisotropic wet etching. We compare three textured surface with different morphology (random texture, random pyramids and inverted pyramids) and then different geometry of inverted pyramid arrays in terms of reflectivity.
The solar cell is in the spotlight as a future green energy source. In the solar cells based on silicon wafer, the improvement of efficiency is one of crucial issues. One of techniques for high efficiency is texturing on the surface of solar cells. We studied the laser texturing on the surface of multi-crystalline silicon solar cells. The laser texturing followed by chemical etching is adequate for the multi-crystalline structure which have random crystallographic directions. We used the fiber laser for texturing and the SiNx as a masking layer for etching process. We investigated the shapes of holes for texturing in the various laser power conditions and analyzed the holes after removal of thermal damages caused by laser ablation through a 3D profiler.
This paper presents a Technology-CAD (TCAD) simulation of the characteristics of crystalline Si pillar array solar cells. The junction depth and the surface concentration of the solar cells were optimized to obtain the targeted sheet resistance of the emitter region. The diffusion model was determined by calibrating the emitter doping profile of the microscale silicon pillars. The dimension parameters determining the pillar shape, such as width, height, and spacing were varied within a simulation window from ${\sim}2{\mu}m$ to $5{\mu}m$. The simulation showed that increasing pillar width (or diameter) and spacing resulted in the decrease of current density due to surface area loss, light trapping loss, and high reflectance. Although increasing pillar height might improve the chances of light trapping, the recombination loss due to the increase in the carrier's transfer length canceled out the positive effect to the photo-generation component of the current. The silicon pillars were experimentally formed by photoresist patterning and electroless etching. The laboratory results of a fabricated Si pillar solar cell showed the efficiency and the fill factor to be close to the simulation results.
High-efficient transparent conductive oxide (TCO) film-embedding Si heterojunction solar cells were fabricated. An improved crystalline indium-tin-oxide (ITO) film was grown on an Al-doped ZnO (AZO) template upon hetero-epitaxial growth. This double TCO-layered Si solar cell provided significantly enhanced efficiency of 9.23 % as compared to the single TCO/Si devices. The effective arrangement of TCO films (ITO/AZO) provides a good interface, resulting in the enhanced photovoltaic performances. It discusses TCO film arrangement scheme for efficient TCO-layered heterojunction solar cells.
Hydrogenated silicon nitride deposited by LF-PECVD is commonly used for anti-reflection coating and passivation in silicon solar cell fabrication. The deposition of the optimized silicon nitride on the surface is elemental in crystalline silicon solar cell. In this work, the carrier lifetimes were measured while the thicknesses of $SiN_x$ were changed from 700 ${\AA}$ to 1150 ${\AA}$ with the gas flow of $SiH_4$ as 40 sccm and $NH_3$ as 120 sccm,. The carrier lifetime enhanced as the thickness of $SiN_x$ increased due to improved passivation effect. To study the characteristics of $SiN_x$ with various gas ratios, the gas flow of $NH_3$ was changed from 40 sccm to 200 sccm with intervals of 40 sccm. The thickness of $SiN_x$ was fixed as 1000 ${\AA}$ and the gas flow of $SiH_4$ as 40 sccm. The refractive index of SiNx and the carrier lifetime were measured before and after heat treating at $650^{\circ}C$ to investigate their change by the firing process in solar cell fabrication. The index of refraction of SiNx decreased as the gas ratios increased and the longest carrier lifetime was measured with the gas ratio $NH_3/SiH_4$ of 3.
Microcrystalline silicon(c-Si:H) thin-film solar cells are prepared with intrinsic Si-layer by hot wire CVD. The operating parameters of solar cells are strongly affected by the filament temperature ($T_f$) during intrinsic layer. Jsc and efficiency abruptly decreases with elevated $T_f$ to $1400^{\circ}C$. This deterioration of solar cell parameters are resulted from increase of crystalline volume fraction and corresponding defect density at high $T_f$. The heater temperature ($T_h$) are also critical parameter that controls device operations. Solar cells prepared at low $T_h$ ($<200^{\circ}C$) shows a similar operating properties with devices prepared at high $T_f$, i.e. low Jsc, Voc and efficiency. The origins for this result, however, are different with that of inferior device performances at high $T_f$. In addition the phase transition of the silicon films occurs at different silane concentration (SC) by varying filament temperature, by which highest efficiency with SC varies with $T_f$.
Aluminum oxide ($Al_2O_3$) film deposited by atomic layer deposition (ALD) is known to supply excellent surface passivation properties on crystalline Si surface. The quality of passivation layer is important for high-efficiency silicon solar cell. double-layer structures have many advantages over single-layer materials. $Al_2O_3/SiN_X$ passivation stacks have been widely adopted for high- efficiency silicon solar cells. The first layer, $Al_2O_3$, passivates the surface, while $SiN_X$ acts as a hydrogen source that saturates silicon dangling bonds during annealing treatment. We explored the properties on passivation film of $Al_2O_3/SiN_X$ stack layer with changing the conditions. For the post annealing temperature, it was found that $500^{\circ}C$ is the most suitable temperature to improvement surface passivation.
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.
오늘 날 태양전지 산업에서 가장 많은 생산을 하고 있는 분야는 결정질 태양전지분야이다. 현재는 이러한 시대적 요구에 따라 많은 연구가 진행되고 있는데 특히 junction을 이루는 n layer의 doping profile을 선택적으로 형성하여 개방전압 및 단락전류를 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 이러한 n type layer의 doping profile을 선택적으로 형성하는 selective emitter solar cell에 관한 연구로써 SILVACO simulation을 이용하여 low Rs 영역은 고정하고 high Rs 영역의 doping depth를 가변 함으로써 high Rs 영역을 달리 형성하는 방법으로 selective emitter solar cell의 high Rs영역의 최적화에 관한 전산모사를 실시하였다. 각각의 가변조건에 따라 quantum efficiency를 통한 광학적 분석과 I-V를 통한 전기적 분석을 하여 high Rs영역을 최적화 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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